La rivoluzione delle batterie delle auto elettriche: recuperano fino al 95% della loro capacità con un semplice processo

Uno dei grandi problemi quando una batteria raggiunge la fine della sua vita utile è che buona parte dei processi di riciclo attuali prevede la sua distruzione per recuperarne i materiali. Un team di ricercatori dell’Università di Cornell ha ora proposto un’alternativa molto diversa: invece di smontare gli elettrodi per trasformarli in materie prime, cerca di ripristinare direttamente il loro funzionamento e riutilizzarli. Il metodo, denominato DEER, è riuscito a recuperare fino al 95% della capacità originale nei test effettuati.

La chiave risiede in uno dei meccanismi abituali di degrado delle batterie al litio. Ad ogni ciclo di carica e scarica si accumula sugli elettrodi uno strato noto come SEI, un’interfaccia solida che svolge una funzione essenziale per il funzionamento della batteria, ma che alla fine cresce eccessivamente ostacolando il passaggio degli elettroni. Quando questo strato diventa più spesso, aumenta la resistenza e la capacità disponibile inizia a diminuire.

Gli investigatori di Cornell hanno sviluppato un processo chiamato Direct Electrode-to-Electrode Regeneration (DEER) che agisce proprio su quella strato. A tal fine, estraggono gli elettrodi dalle cellule utilizzate mantenendoli intatti e li introducono in un bagno elettrochimico che contiene 1,3-dimetil-2-imidazolidinona, nota come DMI. Questo composto permette di sciogliere una buona parte dell’interfaccia accumulata senza distruggere la struttura dell’elettrodo.

Dopo il trattamento, gli elettrodi possono essere riutilizzati per produrre una nuova cella. Si tratta di una differenza importante rispetto al riciclaggio convenzionale, in cui le batterie vengono frantumate e trasformate in una miscela conosciuta come massa nera. Da questa si recuperano materiali come litio, nichel, cobalto, manganese, rame o alluminio attraverso processi ad alta temperatura o trattamenti chimici, ma gli elettrodi originali scompaiono durante il processo.

I risultati ottenuti da Cornell sono particolarmente interessanti. Le cellule rigenerate con il metodo DEER hanno recuperato fino al 95% della loro capacità iniziale, mostrando inoltre una degradazione più lenta rispetto alle batterie usate che non sono state sottoposte a questo trattamento. Nei test, la perdita di capacità è passata dal 0,072% per ciclo nelle cellule degradate e non rigenerate al 0,042% per ciclo dopo il trattamento. Questa minore degradazione si è mantenuta per circa 800 cicli prima che la velocità tornasse ad aumentare.

L’esperimento lascia inoltre aperta la possibilità di concedere più cicli di vita agli stessi elettrodi. I ricercatori hanno effettuato un secondo trattamento su una batteria già stata rigenerata e sono riusciti a recuperare circa il 90% della sua capacità originale. Ciò non significa che qualsiasi batteria possa sottoporsi indefinitamente a questo processo, ma dimostra che la rigenerazione può essere ripetuta quando il problema principale è l’accumulo di quella pellicola sugli elettrodi.

E qui emerge una delle applicazioni più interessanti per le auto elettriche. Cornell ha lavorato con batterie il cui stato di salute era compreso tra il 70% e l’80%, un livello che può corrispondere al momento in cui una batteria smette di essere adatta a determinate esigenze di un’auto. Tuttavia, il fatto che una batteria abbia perso capacità non significa necessariamente che i suoi elettrodi siano distrutti. Se il deterioramento deriva principalmente dall’accumulo all’interno dell’interfaccia, può ancora esserci una parte significativa del materiale che può essere recuperata.

Questo non significa che DEER sostituirà il riciclaggio convenzionale. Questo metodo ha un campo di applicazione piuttosto specifico. Se una batteria ha subito una perdita di litio, particelle crepate, danni strutturali o problemi meccanici, rimuovere lo strato superficiale non risolverà il problema. In tali casi saranno comunque necessari processi in grado di recuperare i materiali da una batteria danneggiata.

Inoltre, esiste ancora un ostacolo significativo per applicare questa tecnologia alle auto elettriche in produzione. I ricercatori hanno scoperto che l’inserimento diretto del DMI all’interno di una cella intatta non dava buoni risultati. È necessario smontare la batteria, estrarre gli elettrodi, trattarli e lavarli prima di poterli riutilizzare. Quello che funziona in laboratorio dovrà trasformarsi in un processo industriale sicuro, ripetibile e in grado di gestire grandi quantità di batterie.

Anche l’aspetto economico è notevole. Lo studio stima che la produzione di celle riciclate tramite DEER abbia un costo di circa 15,25 dollari al chilogrammo, rispetto ai 26,31 dollari ottenuti con la pirometalurgia. Utilizzando come riferimento il tasso di cambio del 21 settembre 2026, si parla di circa 13,3 euro al chilogrammo contro 22,9 euro al chilogrammo. L’analisi di Cornell stima inoltre una riduzione del 56% nei costi di produzione delle celle riciclate rispetto ai metodi tradizionali.

Tuttavia c’è un dettaglio importante da considerare. Il DMI rappresenta circa il 63% del costo del processo nell’valutazione pubblicata, e il calcolo non tiene ancora conto della sua riutilizzazione. Se l’industria riuscirà a recuperare e riutilizzare questo composto in modo efficiente, l’efficienza economica del sistema potrebbe migliorare, anche se ciò dovrà essere dimostrato al di fuori del laboratorio.

Per ora, il passo successivo per il team di Cornell è testare DEER con batterie di dimensioni maggiori provenienti da applicazioni reali, oltre a cercare di risolvere altri meccanismi di degrado come la perdita di litio. Se riuscirà a superare queste barriere, l’idea potrebbe cambiare il modo in cui comprendiamo il riciclo delle batterie: non sarebbe sempre necessario aspettare la fine del ciclo di vita per recuperarne i materiali, poiché in alcuni casi potrebbe essere più vantaggioso riparare prima ciò che è ancora utilizzabile.

Fonte | Pubs.rsc.org