Strategies and tools for sustainable battery lifecycle management: a multidisciplinary approach beyond european regulatory compliance
Author(s)
Gianvincenzi, Mattia
Date Issued
April 30, 2025
Type
Doctoral Thesis
Abstract
The large-scale adoption of batteries has become a cornerstone of the energy transition, supporting the
widespread deployment of electric vehicles (EVs) and renewable energy integration, improving grid stability
and efficiency. However, their lifecycle presents significant environmental and strategic challenges, including
the critical raw material supply chain, the high environmental impact of production, and inefficiencies in
recycling processes. To address these issues and aligned with the ambitious 2030 targets set by the European Union, this research moves beyond mere regulatory compliance with traceability requirements by developing
a comprehensive framework for sustainable battery lifecycle management. The proposed framework is structured around two main, synergistic and complementary tools. The first tool enables immediate predictive
analysis of environmental impacts based on the selected battery design by integrating the Battery Performance and Cost Model (BatPaC) with LCA indicators. The second tool facilitates real-world battery data tracking in
a fully decentralized blockchain system, incorporating automated transactions via smart contracts to ensure secure and transparent traceability. The framework is structured around the Deming cycle, fostering continuous improvement of both battery design and the associated tools. The approach has been validated through a case
study on a lithium iron phosphate (LFP) EV battery, demonstrating its feasibility in guiding design choices
through impact assessments and enabling secure data tracking, while ensuring regulatory compliance. This
research provides a strategic contribution to the field by offering a practical solution that bridges the gap between regulatory frameworks and industrial implementation, paving the way for a more effective and responsible approach to battery lifecycle management.
L’adozione su larga scala delle batterie è diventata un pilastro fondamentale della transizione
energetica, supportando la diffusione dei veicoli elettrici (EV) e l’integrazione delle energie
rinnovabili, migliorando al contempo la stabilità e l’efficienza della rete. Tuttavia, il loro ciclo di vita
presenta rilevanti sfide ambientali e strategiche, tra cui la criticità delle catene di approvvigionamento
delle materie prime, l’elevato impatto ambientale della produzione e le inefficienze nei processi di
riciclo. Per affrontare queste problematiche, e in linea con gli ambiziosi obiettivi fissati dall’Unione
Europea per il 2030, questa ricerca va oltre la semplice conformità normativa in materia di tracciabilità,
sviluppando un framework completo per la gestione sostenibile del ciclo di vita delle batterie. Il
framework proposto si articola attorno a due strumenti principali, sinergici e complementari. Il primo
consente un’analisi predittiva immediata degli impatti ambientali sulla base del design selezionato
della batteria, integrando il modello Battery Performance and Cost Model (BatPaC) con indicatori di
Analisi del Ciclo di Vita (LCA). Il secondo strumento permette la tracciabilità dei dati reali della
batteria in un sistema blockchain completamente decentralizzato, incorporando transazioni
automatizzate tramite smart contract per garantire una tracciabilità sicura e trasparente. L’intero
framework è strutturato attorno al ciclo di Deming, promuovendo un miglioramento continuo sia del
design delle batterie che degli strumenti associati. L’approccio è stato validato attraverso un caso
studio su una batteria per EV al litio-ferro-fosfato (LFP), dimostrando la sua efficacia nel guidare le
scelte progettuali tramite valutazioni di impatto e nell’abilitare una tracciabilità sicura dei dati,
garantendo al contempo la conformità normativa. Questa ricerca offre un contributo strategico al
settore, proponendo una soluzione concreta che colma il divario tra quadro normativo e
implementazione industriale, aprendo la strada a una gestione del ciclo di vita delle batterie più efficace
e responsabile.
Additional information
Dottorato di ricerca in Engineering for Energy and Environment
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mgianvincenzi_tesid.pdf
Size
12.6 MB
Format
Adobe PDF
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