Con la prevista crescita dei veicoli elettrici nei prossimi due decenni, arriva il problema di come riciclare i grandi pacchi batteria agli ioni di litio che li alimentano. Gli ingegneri ORNL hanno messo insieme una dimostrazione per dimostrare che i robot possono accelerare lo smontaggio e rendere il processo più sicuro per i lavoratori, aumentando notevolmente la produttività.
Oggi solo una piccola percentuale delle batterie per veicoli agli ioni di litio viene riciclata e la maggior parte dei processi utilizzati per farlo non è automatizzata, ha affermato Tim McIntyre, investigatore principale della divisione Electrification and Energy Infrastructures di ORNL.
Sia che un riciclatore voglia semplicemente passare attraverso l'alloggiamento esterno per accedere alle batterie e sostituire i componenti usurati, o riciclare completamente pile di batterie per il recupero di cobalto, litio, lamine metalliche e altri materiali, il primo passo è la diagnostica della batteria per una manipolazione e smontaggio sicuro ed efficiente .
"Con il nostro sistema, quando il robot prende il pacco batteria e lo mette sulla linea di produzione, segna l'ultima volta che un essere umano lo toccherà finché non sarà in pezzi", ha detto McIntyre.
Limitare l'interazione umana è importante sia per la sicurezza che per l'efficienza. I robot rimuovono rapidamente bulloni e altri alloggi indipendentemente da qualsiasi carica residua, mentre gli operatori umani devono intraprendere un processo lungo e impegnativo per scaricare le batterie usate prima di romperle manualmente. Lo smontaggio automatizzato riduce l'esposizione umana a sostanze chimiche tossiche presenti all'interno delle batterie e alti livelli di potenza che si avvicinano al livello di 900 volt in alcuni veicoli più recenti.
Il sistema automatizzato, sviluppato come parte del Critical Materials Institute del DOE, o CMI, può essere facilmente riconfigurato per qualsiasi tipo di batteria. Può essere programmato per accedere solo ai singoli moduli batteria per il rinnovo o il riutilizzo come accumulo di energia stazionario, oppure le batterie possono essere smontate fino al livello della cella per la separazione e il recupero dei materiali.
Il lavoro si basa sull'esperienza sviluppata in precedenti progetti ORNL per il CMI, incentrati sullo smontaggio robotico di dischi rigidi per il recupero di magneti in terre rare. Gli ingegneri hanno anche dimostrato che quei magneti possono essere riutilizzati direttamente nei motori elettrici.
"Lo smontaggio automatico dei componenti contenenti materiali critici non solo elimina lo smontaggio manuale ad alta intensità di lavoro, ma fornisce un processo efficiente per separare i componenti in flussi di valore più elevato in cui i materiali critici sono concentrati in singole materie prime per l'elaborazione del riciclo", ha affermato il direttore di CMI Tom Lograsso . "Questo valore aggiunto è una parte importante per stabilire un processo economicamente sostenibile".
I ricercatori seguono ogni volta lo stesso protocollo: scompongono manualmente il componente utilizzato e raccolgono dati su quel processo per creare gli strumenti robotici e i controlli necessari per guidare un sistema automatizzato, ha affermato Jonathan Harter, membro del team del progetto ORNL.
“L'industria non si limita alla quantità di batterie che possono portare in questo processo. C'è già un notevole arretrato accumulato. Il fattore limitante è il tempo necessario per eseguire la scarica elettrica e lo smontaggio manualmente", ha affermato Harter. Ha stimato che nel tempo necessario in alcuni processi per smontare manualmente 12 pile di batterie, il sistema automatizzato potrebbe gestirne 100 o più.
Il prossimo passo potrebbe essere la costruzione del processo su scala commerciale e il team di McIntyre vede anche l'opportunità di applicare lo stesso tipo di sistema di smontaggio ai treni di trasmissione dei veicoli elettrici per il recupero di materiali come magneti di terre rare, rame, acciaio ed elettronica di potenza intatta. Per rendere il riciclaggio più fattibile dal punto di vista economico, deve essere effettuato con un rendimento elevato ed essere sufficientemente flessibile da elaborare più prodotti di consumo in un'unica struttura, ha affermato Harter.
"Se il mercato dei veicoli elettrici accelera come previsto nei prossimi 10-20 anni, dovremo affrontare il problema del flusso di rifiuti e considerare questi veicoli e batterie esauriti come centrali nella catena di approvvigionamento per i materiali di produzione", ha affermato.