Svelata un'altra tecnologia ecologica e a basso costo per il riciclaggio dei catodi LIB
| Jerry Huang
Nota dell'editore: il rapido sviluppo dell'elettronica di consumo, dei veicoli elettrici e dell'accumulo di energia in rete ha portato a un'enorme domanda di batterie agli ioni di litio (LIB). Tuttavia, con una durata di soli 6-8 anni, si prevede che oltre 11 milioni di tonnellate di batterie scadranno entro il 2030, innescando pressioni senza precedenti sulle risorse, rischi ambientali e sfide economiche. Attualmente, i materiali catodici riciclati (in particolare gli ossidi metallici stratificati, LMO), contenenti elementi di alto valore come Li, Co, Ni e Mn, sono al centro di questi sforzi di riciclo.
Ecco un altro approccio presentato dal team di Quanquan Pang presso la PKU in collaborazione con il team congiunto di Jiasheng Meng presso la WUT sul riciclo dei catodi LIB esauriti, in particolare degli LMO. Un ringraziamento a tutti i ricercatori, con profondo rispetto.
In particolare, questo approccio LTMS-ECR elabora direttamente i catodi esausti ancora attaccati ai collettori di corrente in alluminio, senza dover frantumare gli elettrodi in "polvere nera" e semplificando notevolmente le fasi di pretrattamento.
Si sostiene che la tecnologia LTMS-ECR abbia il potenziale per raggiungere un'elevata redditività di 1,86 $/kg nel riciclaggio delle batterie esaurite grazie all'uso di elettroliti di sali fusi riutilizzabili e a basso costo e Li2O, insieme a sottoprodotti di alto valore Co3O4 e LiCl, mostrando un miglioramento di quasi dieci volte rispetto alle tecnologie pirometallurgiche e idrometallurgiche.
Le analisi sull'impatto tecnico, economico e ambientale dimostrano che LTMS-ECR presenta una notevole fattibilità economica e sostenibilità ambientale. L'elevata efficienza di recupero, il basso consumo energetico e il rispetto dell'ambiente rappresentano un percorso chimico rivoluzionario per il riciclo dei materiali catodici.
Astratto
Il riciclo elettrochimico (ECR) offre una strategia promettente che sfrutta l'energia rinnovabile per decostruire gli ossidi metallici stratificati (LMO) esausti. Tuttavia, gli attuali approcci ECR sono limitati al funzionamento ad alta temperatura (fino a 750 °C) utilizzando carbonati alcalini o cloruri fusi come elettroliti, con conseguente elevato consumo di energia per l'apporto di calore. In questo studio, viene proposto un elettrolita di cloroalluminato alcalino fuso a basso punto di fusione, composto da AlCl3–LiCl, che consente l'elettrolisi ECR a temperature fino a 150 °C. Grazie all'elevata solubilità del portatore di carica O2− nel fuso di cloroalluminato alcalino, il catodo dell'LMO subisce una destrutturazione elettrochimica riduttiva per produrre metalli di transizione elementari e cloruro di litio (LiCl). È importante notare che due prodotti sono insolubili nel fuso aggiunto di Li2O e possono essere separati mediante un semplice trattamento di lisciviazione in acqua. In particolare, incorporando un anodo inerte in TiN, le emissioni di CO2 durante l'elettrolisi vengono eliminate generando invece O2, contribuendo ulteriormente alla neutralità carbonica. Con l'approccio ECR con elettrolita a sali fusi a bassa temperatura (LTMS-ECR), si ottiene un elevato tasso di recupero del cobalto pari al 97,3% per LiCoO2. Analisi tecnico-economiche stimano che la tecnologia LTMS-ECR riduca il consumo energetico e le emissioni di CO2 di circa il 20% e sia quasi dieci volte più redditizia rispetto ai metodi convenzionali. L'approccio rappresenta un'alternativa rivoluzionaria per il riciclaggio efficiente dal punto di vista energetico, sostenibile ed economicamente sostenibile delle batterie agli ioni di litio esauste.
Riferimenti
https://doi.org/10.1002/adma.202512984