Batterie, un legante senza fluoro si scioglie in acqua e facilita il riciclo

Un gruppo di ingegneri dell’Università della California San Diego ha sviluppato un legante per batterie privo di fluoro e lavorabile con acqua. Nei test, le celle agli ioni di litio costruite con questo materiale hanno mostrato prestazioni comparabili a quelle convenzionali, mentre la rimozione del legante dagli elettrodi è avvenuta tramite una semplice immersione in acqua.

Il risultato è stato pubblicato il 9 ottobre 2026 su Nature Communications ed è frutto della collaborazione tra il laboratorio di Zheng Chen, presso la Jacobs School of Engineering dell’UC San Diego, e John Muldoon del Toyota Research Institute of North America. L’obiettivo dichiarato è semplificare produzione e riciclo, riducendo l’impiego di ingredienti tossici, il consumo energetico e i rifiuti.

Perché il legante incide su produzione e riciclo

Il legante è il materiale simile a una colla che viene mescolato con le polveri degli elettrodi. La miscela forma strati solidi applicati su sottili fogli metallici, successivamente impilati e arrotolati per costruire la batteria. Pur rappresentando una piccola frazione del peso complessivo, questo componente influenza sia la fabbricazione sia il recupero dei materiali.

I leganti convenzionali contenenti fluoro consentono di ottenere elettrodi adesivi, uniformi e stabili durante i cicli di carica e scarica. La loro lavorazione richiede però un solvente tossico, che deve essere fatto evaporare mediante grandi forni di essiccazione. Servono inoltre ulteriori passaggi per recuperare e purificare il solvente prima di riutilizzarlo.

Anche il riciclo risulta più complesso: i residui dei leganti fluorurati possono richiedere temperature elevate o sostanze chimiche corrosive per essere rimossi. Il processo può generare rifiuti pericolosi e sottoprodotti contenenti fluoro, capaci di contaminare i materiali recuperati e ostacolarne il riutilizzo in nuove batterie.

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Una rete di tre componenti lavorata in acqua

Il nuovo legante combina due polimeri economici e ampiamente utilizzati: acido poliacrilico e carbossimetilcellulosa. Il primo aiuta la miscela a distribuirsi uniformemente durante la produzione e apporta flessibilità; la seconda, un materiale di origine vegetale, fornisce resistenza e adesività.

I due polimeri vengono sciolti in acqua e collegati chimicamente aggiungendo acido citrico. Si forma così una rete sostenuta da differenti legami chimici che si rafforzano reciprocamente. Secondo i ricercatori, questa struttura offre la combinazione di resistenza, flessibilità, stabilità e adesione necessaria per competere con i leganti contenenti fluoro.

Il materiale è stato impiegato con differenti elettrodi: catodi al litio-ferro-fosfato, catodi ricchi di nichel, anodi di grafite e anodi di silicio. Le batterie sperimentali hanno fornito le stesse prestazioni iniziali delle celle convenzionali e, secondo i risultati riportati, hanno mantenuto la capacità più a lungo dopo centinaia o migliaia di cicli. Non sono tuttavia disponibili valori numerici dettagliati che permettano di quantificare questo vantaggio.

Gli elettrodi si separano dai fogli metallici

Per verificare il comportamento durante il riciclo, i ricercatori hanno smontato le batterie e immerso gli elettrodi in acqua. Il legante si è sciolto, permettendo ai rivestimenti di separarsi dai fogli metallici senza lasciare residui, senza ricorrere alle temperature elevate o alle sostanze aggressive necessarie per rimuovere i leganti fluorurati.

I materiali degli elettrodi recuperati sono stati rigenerati attraverso processi di riciclo diretto e utilizzati per costruire nuove batterie. Queste celle riciclate hanno mostrato prestazioni comparabili a quelle realizzate con materiali recuperati da batterie dotate di un legante convenzionale contenente fluoro.

Il lavoro resta in una fase di sviluppo: il gruppo sta cercando di aumentare la produzione del legante e di ottimizzarlo per differenti chimiche delle batterie. Il team di Chen prevede inoltre di valutarne la commercializzazione attraverso collaborazioni con partner industriali, ma non sono state indicate tempistiche per un impiego commerciale.

Una domanda per voi

Quale fase dovrebbe avere la priorità nello sviluppo del nuovo legante: l’aumento della produzione o l’ottimizzazione per differenti chimiche?

Nota sulla redazione: questo articolo è stato realizzato con il supporto di EVA AI.