ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
11-dic-2024
2023/2024
Le batterie al litio costituiscono una tecnologia fondamentale per lo stoccaggio energetico, trovando applicazione in settori strategici come l’elettronica di consumo, la mobilità elettrica e le energie rinnovabili. Tuttavia, la rapida diffusione di tali dispositivi ha generato sfide significative per quanto riguarda la gestione delle batterie esauste, in particolare il recupero dei materiali critici e di valore, come litio, cobalto, nichel e manganese. Questo lavoro esplora l’evoluzione storica delle batterie al litio, il loro ruolo nel mercato globale e le strategie attualmente utilizzate per il loro riciclo. Tra i metodi industriali più diffusi, l’idrometallurgia e la pirometallurgia presentano efficienze comprovate, ma sono spesso associate a elevati costi ambientali e a una limitata sostenibilità a lungo termine.
In questo contesto, la ricerca si concentra sull’applicazione della solvometallurgia, una tecnologia emergente che utilizzaDeep Eutectic Solvents(DES) per ottimizzare il recupero selettivo dei materiali preziosi dalle batterie esauste, riducendo al contempo l’impatto ambientale dei processi. Lo studio è stato articolato in diverse fasi sperimentali: inizialmente è stato valutato il trattamento preliminare con acqua distillata, per rimuovere le impurità superficiali e migliorare la reattività dei componenti. Successivamente, questo trattamento è stato combinato con l’impiego di un DES a base di betaina e acido levulinico, scelto per le sue proprietà chimiche e la sua compatibilità ambientale.
Ulteriori approcci sostenibili sono stati esplorati per ampliare le potenzialità della solvometallurgia, includendo l’uso di glicerolo come agente riducente e di un DES innovativo composto da mentolo e acidi grassi ricavati da oli di cottura esausti. Ogni metodologia è stata analizzata in termini di efficienza di estrazione, con particolare attenzione al recupero ottimale dei metalli critici. I risultati sperimentali dimostrano che l’impiego dei DES non solo migliora le prestazioni di estrazione rispetto ai metodi tradizionali, ma contribuisce anche alla creazione di processi più sostenibili e circolari per la gestione delle batterie al litio esauste. Questa ricerca apre la strada a nuove prospettive per lo sviluppo di tecnologie di riciclo avanzate, in linea con gli obiettivi globali di sostenibilità e transizione ecologica.
Lithium-ion batteries represent a cornerstone technology for energy storage, with strategic applications in consumer electronics, electric mobility, and renewable energy systems. However, the rapid growth in their adoption has raised significant challenges in managing end-of-life batteries, particularly in recovering critical and valuable materials such as lithium, cobalt, nickel, and manganese. This work examines the historical evolution of lithium-ion batteries, their role in the global market, and the strategies currently employed for recycling. Among the most widely used industrial methods, hydrometallurgy and pyrometallurgy have demonstrated effectiveness but are often associated with high environmental costs and limited long-term sustainability.
In this context, the research focuses on the application of solvometallurgy, an emerging technology leveraging Deep Eutectic Solvents (DES) to optimize the selective recovery of valuable materials from spent batteries while minimizing the environmental impact of the processes. The experimental work was structured into multiple stages: the initial phase involved a preliminary treatment using distilled water to remove surface impurities and enhance component reactivity. This step was then combined with the use of a DES based on betaine and levulinic acid, chosen for its chemical properties and environmental compatibility.
Additional sustainable approaches were explored to expand the potential of solvometallurgy, including the use of glycerol as a reducing agent and an innovative DES composed of menthol and fatty acids derived from waste cooking oil. Each methodology was evaluated in terms of extraction efficiency, with particular emphasis on the optimal recovery of critical metals. The experimental results demonstrate that DES not only enhance extraction performance compared to traditional methods but also contribute to creating more sustainable and circular processes for managing end- of-life lithium-ion batteries. This research paves the way for new perspectives in developing advanced recycling technologies aligned with global sustainability goals and the ecological transition.