Migliorare la sostenibilità delle batterie agli ioni di litio dei veicoli elettrici

Migliorare la sostenibilità delle batterie dei veicoli elettrici in tutte le fasi del loro ciclo di vita. Questa la sfida lanciata dai partner coinvolti nel progetto faro CircuBAT, sostenuto da Innosuisse. L’obiettivo è ridurre l’impronta ecologica delle batterie agli ioni di litio (Li-ion) per autoveicoli durante le loro fasi di vita, creando un modello di business circolare.

La quota di vendite di veicoli elettrici è aumentata negli ultimi anni e si prevede che questa tendenza continui. La Svizzera si sta allineando all’Unione Europea, che ha deciso di vietare la vendita di veicoli a benzina a partire dal 2035. Per rispettare questa scadenza è necessario superare molte sfide, soprattutto in termini di sostenibilità. "Le batterie agli ioni di litio non sono ancora sostenibili e la loro produzione si basa ancora su materie prime, alcune delle quali classificate come critiche, la cui estrazione è problematica», afferma il professor Andrea Vezzini dell’Università di Scienze Applicate di Berna, che guida il progetto CircuBAT.

Le fasi del ciclo di vita di una batteria spiegate in dettaglio
Il progetto faro CircuBAT riunisce 31 partner dell’industria e del mondo accademico svizzeri. Ogni partner lavora ad un proprio sottoprogetto, con l’obiettivo di ottimizzare ogni fase della catena del valore di una batteria: dalla creazione di modelli riparabili e dalla loro gestione più efficiente allo smontaggio e al riutilizzo dei componenti.

Prima che una batteria possa essere riciclata, le sue varie parti vengono smontate. «L’obiettivo è quello di separare i componenti per accedere ai componenti della cella senza distruggerli», spiega Christian Ochsenbein, responsabile del Centro svizzero per la tecnologia delle batterie. «Oggi questo processo viene svolto manualmente, con un’alta intensità di manodopera, richiede molto tempo ed è pericoloso. Stiamo quindi lavorando per sviluppare metodi di automazione con l’aiuto di robot». Questa fase del progetto dovrebbe anche fornire ai produttori una guida per costruire batterie ottimizzate per la riparazione e lo smontaggio.

Gli attuali metodi di riciclaggio ad alta intensità energetica recuperano solo una piccola parte dei materiali contenuti nelle batterie. Un’altra fase del progetto consiste nel migliorare il processo di recupero dei materiali. «Apriamo le celle della batteria per recuperare i componenti principali. I materiali attivi della batteria vengono quindi separati in un bagno d’acqua. Ciò significa che materiali come il rame, l’alluminio e il corrispondente materiale attivo contenente litio, manganese, nichel, grafite e cobalto possono essere recuperati e rivenduti o utilizzati per produrre nuove batterie», spiega Olivier Groux, Responsabile del riciclaggio delle batterie presso KYBURZ AG. Questo processo è stato sviluppato in stretta collaborazione con l’EMPA, dove i ricercatori si occupano della purificazione e della rigenerazione dei materiali. «Il nostro obiettivo è recuperare le particelle di materiale attivo, compresi gli ossidi metallici e la grafite, e riportarle alla loro struttura originale, garantendo così il riutilizzo di materiali di qualità per la produzione di nuove batterie», aggiunge la Dott.ssa Nora Bartolomé, ricercatrice dell’EMPA.

Attualmente le batterie per autoveicoli hanno una durata media di circa dieci anni nella loro prima vita. Queste batterie hanno spesso una capacità di accumulo residua pari all’80% della loro capacità iniziale e possono quindi essere utilizzate per molti anni come batterie di accumulo nella rete elettrica, ad esempio per l’energia solare o idroelettrica. «È stato quindi sviluppato un modello di invecchiamento delle batterie che consente di decidere in modo rapido e conveniente se e quando una batteria debba essere rimossa dal suo primo utilizzo e passare al secondo, o se debba essere riciclata immediatamente», spiega Andrea Vezzini. I dati di questo processo vengono analizzati e utilizzati per sviluppare modelli di descrizione dell’invecchiamento delle batterie basati su big data e machine learning.

Verso una maggiore sostenibilità
«CircuBAT è unico nel suo approccio sistemico all’innovazione. Il nostro obiettivo è trovare soluzioni ottimizzate per il mercato svizzero, tenendo conto degli sviluppi internazionali», spiega Vezzini. La ricerca è iniziata nel 2022 e i progressi sono buoni. «Abbiamo installato la nostra prima dimostrazione di un sistema di accumulo di seconda vita presso il sito dello Swiss Bike Park e siamo stati in grado di rimettere a nuovo un camion elettrico di dieci anni per studiare il comportamento delle sue batterie oltre la loro tipica durata iniziale. Le varie fasi e il lavoro di tutti i partner del progetto dovrebbero consentire, a lungo termine, di creare un sistema completo per il recupero delle batterie usate e rendere così la mobilità elettrica più sostenibile.