Litio puro al 99,79% dal riciclo delle batterie. Una grossa svolta dagli USA

La transizione energetica ha un suo Sacro Graal, e contemporaneamente un suo tallone d’Achille: le batterie. Accumulatori sempre più performanti, sicuri ed economici sono la chiave di volta per veicoli elettrici e stoccaggio di energia rinnovabile. Parallelamente, il loro fine vita rappresenta un problema ambientale ed economico colossale. Dagli Stati Uniti, però, arriva una notizia che potrebbe rappresentare una vera e propria svolta su entrambi i fronti.

Un team di ricercatori del Worcester Polytechnic Institute (WPI) nel Massachusetts, guidato dal professor Yan Wang, ha annunciato due innovazioni parallele che affrontano sia l’inizio che la fine del ciclo di vita di una batteria. Questi risultati sono stati pubblicati sulle riviste Materials Today e Joule.

Una Batteria a Stato Solido Più Semplice e Stabile

Il primo grande passo avanti riguarda le batterie a stato solido, considerate da molti il futuro per la loro maggiore sicurezza e stabilità rispetto alle tradizionali batterie agli ioni di litio. Uno dei problemi tecnici più complessi di questa tecnologia è l’incompatibilità tra gli elettroliti solidi a base di alogenuri e gli anodi di litio metallico. Finora, la soluzione consisteva nell’inserire strati protettivi intermedi, un’aggiunta che però aumenta la complessità e, soprattutto, i costi di produzione.

I ricercatori del WPI hanno trovato una soluzione che suona quasi come l’uovo di Colombo: “drogare” il cloruro di litio-indio con del semplice ferro. Questa modifica ha permesso di creare un materiale che può entrare in contatto diretto e stabile con gli anodi di litio-indio, eliminando di colpo la necessità del costoso strato intermedio.

Addizionando il ferro si migliora la qualità della batteria solid al litio

I risultati sono notevoli:

• Conduttività ionica eccellente e stabilità a lungo termine.
• Le celle complete hanno superato 300 cicli di carica-scarica, mantenendo ancora l’80% della loro capacità iniziale (una metrica chiave per la longevità).
• Le celle simmetriche, usate per testare la stabilità dell’elettrolita, hanno funzionato per oltre 500 ore senza degrado.

Un risultato che, a detta dei ricercatori, è la “prima dimostrazione di questo tipo nel settore” e apre la strada a un design più semplice ed economico per le batterie del futuro.

Il riciclo che trasforma un rifiuto in tesoro

Ancora più impressionante, se possibile, è la seconda innovazione, che riguarda il riciclo. Gli anodi di litio metallico sono altamente reattivi e difficili da smaltire in sicurezza. Il team ha sviluppato un metodo sicuro e scalabile per trasformare questo problema in una risorsa.

Utilizzando una reazione chimica nota come “condensazione aldolica auto-alimentata” con acetone, i ricercatori sono riusciti a convertire gli anodi di litio esausti in carbonato di litio ($Li\_2CO\_3$), un composto fondamentale per produrre nuove batterie.

Condensazione aldolica auto alimentata

La vera notizia bomba è la purezza del materiale ottenuto: 99,79%. Un valore che supera gli standard richiesti per il materiale di “grado batteria” utilizzato nella produzione di nuovi accumulatori. Per dimostrarne la fattibilità, il team ha utilizzato il carbonato di litio riciclato per produrre nuovi catodi, testandoli e scoprendo che le loro prestazioni elettrochimiche erano paragonabili a quelle dei catodi commerciali.

Questa scoperta non è solo un trionfo accademico. Fornisce una via concreta per chiudere il cerchio, riducendo la dipendenza dall’estrazione di nuovo litio – un processo costoso, ad alto impatto ambientale e spesso geopoliticamente complesso – e abbattendo i costi di produzione. Come ha affermato Wang, questo metodo trasforma “una responsabilità per la sicurezza in una forza motrice per il recupero”. Una soluzione pragmatica per un futuro energetico più sostenibile, ma soprattutto, economicamente più sensato.

Domande e Risposte per i Lettori

1. Perché questa scoperta è così importante per l’economia e per i consumatori?

Questa doppia innovazione ha un impatto diretto su due grandi costi della transizione energetica. Primo, semplificando le batterie a stato solido si possono abbassare i costi di produzione futuri, rendendo i veicoli elettrici e i sistemi di accumulo più accessibili. Secondo, un metodo di riciclo efficiente e a basso costo riduce la dipendenza dall’estrazione di materie prime, i cui prezzi sono volatili e controllati da pochi paesi. Questo significa catene di approvvigionamento più stabili e sicure per l’industria europea e, in prospettiva, prezzi finali più bassi per i consumatori.

2. Qual è la vera innovazione nel metodo di riciclo del litio?

La genialità sta nell’usare la reattività del litio metallico, che normalmente è un problema di sicurezza, come motore della reazione stessa. Invece di dover neutralizzare un materiale pericoloso con processi complessi, si sfrutta la sua natura chimica per trasformarlo in un prodotto di altissimo valore (carbonato di litio puro al 99,79%) con un processo relativamente semplice e scalabile. È un cambio di paradigma: il problema diventa la soluzione. Questo lo rende molto più attraente per un’adozione industriale su larga scala rispetto ad altri metodi di riciclo più energivori o meno efficienti.

3. Quando potremmo vedere queste tecnologie sul mercato?

È importante essere cauti. Questi sono risultati ottenuti in laboratorio, un ambiente controllato. Il passaggio alla produzione industriale di massa (scalabilità) richiede ulteriori test, ingegnerizzazione dei processi e investimenti significativi. Per le batterie a stato solido con questa nuova architettura, potremmo parlare di 5-10 anni prima di una diffusione commerciale. Il processo di riciclo, invece, potrebbe avere tempi più brevi, poiché affronta un problema immediato e potrebbe essere implementato in impianti pilota nel giro di pochi anni, se dimostrerà la sua convenienza economica su larga scala.