Foto di Kumpan Electric.

Un gruppo di ricercatori della Cornell University ha sviluppato una tecnica capace di riportare le batterie agli ioni di litio considerate a fine vita fino al 95% della loro capacità originale, senza ricorrere ai tradizionali processi di riciclo, che consumano molta energia. Il metodo, chiamato Direct Electrode-to-Electrode Regeneration (DEER), punta a rigenerare chimicamente gli elettrodi, aprendo la strada a un nuovo approccio alla circolarità delle batterie per veicoli elettrici.

Il riciclo convenzionale delle batterie agli ioni di litio si basa su processi energivori come la pirometallurgia e l'idrometallurgia, che prevedono la frantumazione completa delle celle per recuperare materie prime come litio, cobalto, manganese, nichel, rame e alluminio. Questo approccio distrugge anche componenti costosi come il sistema di gestione della batteria e richiede temperature elevate e sostanze chimiche aggressive. Le batterie vengono generalmente considerate a fine vita quando scendono al 70-80% della capacità iniziale, nonostante gli elettrodi restino strutturalmente riutilizzabili. Il nuovo metodo DEER interviene proprio su questi elettrodi. Dopo la rimozione delle celle dal pacco batteria, gli elettrodi vengono immersi in un bagno elettrochimico contenente 1,3-dimetil-2-imidazolidinone (DMI). La soluzione scioglie la spessa interfaccia solida dell'elettrolita (SEI) che si accumula nel corso dei cicli di carica e scarica, ripristinando la capacità di trasferire elettroni. Il processo lascia inoltre un sottile strato di fluoruro di litio che rallenta la formazione di nuova SEI nei cicli successivi.

I ricercatori hanno anche misurato una riduzione significativa del tasso di degradazione nelle batterie così rigenerate: da 0,072% per ciclo nelle batterie degradate non trattate a 0,042% per ciclo nelle batterie rigenerate con DEER. Le celle rigenerate hanno mantenuto prestazioni stabili per circa 800 cicli prima che il tasso di degradazione aumentasse. Il processo è inoltre ripetibile: una seconda rigenerazione ha riportato le celle al 90% della capacità originale. Come sintetizzano gli autori dello studio: «la rigenerazione diretta degli elettrodi permette di recuperare prestazioni senza ricorrere alla distruzione della cella». La rigenerazione degli elettrodi consente quindi di riutilizzare gli elettrodi stessi in nuovi pacchi batteria, trasformando il riciclo da un problema di estrazione di risorse a un processo di ricondizionamento. Ciò riduce tempi, costi ed energia necessari per mantenere la circolarità delle batterie. Il metodo si affianca ad altre innovazioni nel settore: nel 2025, un gruppo del Worcester Polytechnic Institute ha presentato un processo idrometallurgico capace di recuperare litio con purezza del 99%.

Nonostante i risultati promettenti, DEER non sostituisce completamente le tecniche di riciclo esistenti. Il metodo funziona solo su batterie che hanno perso capacità a causa dell'accumulo di SEI, ma non su quelle degradate per perdita di litio, fratture delle particelle, danni strutturali o guasti meccanici. In questi casi, i processi tradizionali restano necessari. Inoltre, tentativi di semplificare il metodo iniettando direttamente la soluzione DMI nella cella senza smontaggio hanno prodotto risultati insoddisfacenti. Il processo richiede quindi la rimozione degli elettrodi, la loro immersione nel bagno elettrochimico e un successivo lavaggio. Sebbene la procedura funzioni bene in laboratorio, la sua applicazione su larga scala presenta ancora sfide legate alla manipolazione dei materiali, alla sicurezza e alla ripetibilità industriale. I ricercatori sottolineano che la complessità del processo non impedisce la sua adozione, ma richiederà infrastrutture dedicate.

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Dal punto di vista economico, DEER mostra vantaggi significativi. Il costo stimato per celle rigenerate è di 15,25 dollari al chilogrammo, contro i 26,31 dollari al chilogrammo dei metodi pirometallurgici e idrometallurgici. La cifra potrebbe scendere ulteriormente grazie al recupero del DMI, che rappresenta circa il 63% dei costi del processo. Il riciclo della soluzione non è stato incluso nei calcoli iniziali, ma potrebbe ridurre sensibilmente il costo finale. L'applicazione del metodo appare particolarmente rilevante per le batterie dei veicoli elettrici, che rappresentano una quota crescente del mercato globale e pongono sfide significative in termini di riciclo, soprattutto in paesi con elevata diffusione come la Cina. La possibilità di rigenerare batterie considerate a fine vita potrebbe ridurre la domanda di materie prime, diminuire l'impatto ambientale e prolungare la vita utile dei pacchi batteria.

La ricerca pubblicata dalla Cornell University suggerisce che DEER possa insomma diventare una componente importante delle strategie di riciclo avanzato, integrandosi con i metodi esistenti e offrendo un'alternativa più efficiente per le batterie ancora funzionanti. Il lavoro prosegue con l'obiettivo di ottimizzare il processo, migliorare la scalabilità e ridurre ulteriormente i costi, in vista di una possibile applicazione industriale.

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