Co-upcycling delle batterie agli ioni di litio esauste e delle plastiche in materiali assorbenti le microonde mediante controllo del catalizzatore Ni-Co

Trasformare batterie vecchie e rifiuti plastici in scudi utili

Cataste di batterie per auto elettriche esauste e imballaggi plastici sono oggi due dei problemi di rifiuti più preoccupanti. Questo studio mostra un modo per affrontare entrambi contemporaneamente: trasformare batterie agli ioni di litio esauste e rifiuti plastici misti in un nuovo materiale in grado di assorbire microonde indesiderate. Materiali di questo tipo sono importanti per ridurre le interferenze elettroniche e migliorare tecnologie stealth; l’approccio proposto lo fa riducendo l’inquinamento e recuperando metalli preziosi.

Perché i rifiuti di batterie e plastica sono difficili da gestire

Le batterie agli ioni di litio nei veicoli elettrici durano tipicamente solo cinque-otto anni prima di essere sostituite, lasciando grandi volumi di pacchi batteria usati caricati di metalli critici come nichel, cobalto, manganese e litio. Allo stesso tempo, vengono prodotti oltre 380 milioni di tonnellate di plastica all’anno, gran parte delle quali resiste alla degradazione e inquina terre e oceani. I metodi tradizionali per gestire questi rifiuti — come la combustione delle plastiche o la fusione delle batterie — consumano molta energia, rilasciano gas serra e fumi tossici e spesso recuperano solo metalli grezzi anziché creare prodotti di maggior valore.

Cuocere insieme i rifiuti per ottenere tubi minuscoli

I ricercatori hanno progettato un processo in cui polvere di catodo di batterie triturate e plastiche miste vengono riscaldate insieme all’interno di un reattore d’acciaio chiuso. Un ingrediente chiave è la comune plastica delle bottiglie per bevande, il polietilene tereftalato (PET), che viene miscelata con altre plastiche come polietilene e polipropilene. Riscaldando a circa 550 °C, le plastiche si decompongono in gas che riducono gli ossidi metallici presenti nel materiale della batteria e forniscono carbonio. Atomi di nichel e cobalto si aggregano in particelle molto piccole, mentre il litio si separa sotto forma di carbonato di litio che può poi essere lavato via con acqua.

Come il PET mantiene il metallo attivo

In molti processi che trasformano plastica in carbonio, i catalizzatori metallici si «soffocano» rapidamente perché strati spessi di carbonio ricoprono la loro superficie, arrestando le reazioni. Qui il PET modifica la composizione dei gas in modo che il carbonio non si accumuli indiscriminatamente. La sua decomposizione produce monossido e anidride carbonica, che aiutano a rimuovere il carbonio disordinato consentendo comunque ai gas ricchi di carbonio di alimentare la crescita ordinata di nanotubi di carbonio. Il carbonato di litio che si forma funge inoltre da distanziatore, impedendo alle particelle di nichel–cobalto di crescere oltre circa 100 nanometri. Questo controllo delle dimensioni mantiene i metalli altamente attivi e guida la crescita di fitte «foreste» di nanotubi intrecciate con piccole particelle di metallo e ossido di manganese.

Da polvere nera a scudo per microonde

Dopo il primo stadio di «co-pirolisi», il prodotto solido viene riscaldato brevemente una seconda volta a circa 800 °C in atmosfera inerte. Questo secondo trattamento rimuove il carbonio residuo più sfocato e migliora l’ordine e la conducibilità elettrica dei nanotubi. Il materiale finale è un composito leggero in cui particelle metalliche e di ossidi metallici sono incorporate in una rete conduttiva di nanotubi di carbonio multiwall. Testato su frequenze tipiche di radar e comunicazione, questa polvere — miscelata in un semplice legante — mostra forte assorbimento delle microonde. Con uno spessore di rivestimento di circa 2,4 millimetri, può assorbire più del 90% delle onde incidenti su una banda larga circa 7 gigahertz, con profondità di assorbimento massime ancora superiori.

Benefici ambientali ed economici

Oltre alle prestazioni di laboratorio, il team ha valutato come questa via di upcycling si confronta con tre principali metodi industriali di riciclo: fusione ad alta temperatura, lisciviazione chimica e rigenerazione diretta dei catodi. Utilizzando un’analisi del ciclo di vita e un modello di riciclo delle batterie, hanno scoperto che l’approccio di co-pirolisi consuma meno energia e acqua e produce molte meno emissioni di gas serra per chilogrammo di rifiuto trattato. Evita inoltre l’uso di acidi minerali forti, recuperando il litio come carbonato di litio tramite semplice lisciviazione in acqua. Poiché il prodotto finale è un materiale assorbente di microonde ad alto valore, il processo può, secondo il loro modello, generare profitti sostanzialmente maggiori rispetto alle rotte di riciclo convenzionali.

Cosa significa per la vita quotidiana

In termini semplici, lo studio dimostra che le batterie per auto elettriche di ieri e le plastiche usa e getta possono diventare gli scudi high-tech di domani per gestire le onde elettromagnetiche. Controllando in modo intelligente come le plastiche si decompongono e come si comportano le particelle metalliche durante il riscaldamento, i ricercatori trasformano rifiuti misti in una fine polvere nera che recupera metalli critici e funziona come un forte assorbente di microonde. Questo offre una via pratica per ridurre i rifiuti, abbattere l’impatto climatico e creare materiali avanzati a partire da risorse che altrimenti verrebbero scartate.

Citazione: Qiu, B., Hou, Y., Shi, Z. et al. Co-upcycling spent lithium-ion batteries and plastics into microwave absorbing materials with Ni-Co catalyst control. Nat Commun 17, 2822 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69501-1

Parole chiave: riciclo batterie agli ioni di litio, upcycling dei rifiuti plastici, nanotubi di carbonio, materiali assorbenti le microonde, economia circolare