Batterieteile können ohne Zerkleinern oder Schmelzen recycelt werden
Neue Recycling-Methode füllt Lithium in Elektroden auf, während die bestehende Struktur intakt bleibt - und die Leistung ist fast so gut wie bei neuen Elektroden
Die Verbreitung von Elektroautos, Smartphones und tragbaren Geräten führt zu einem geschätzten Anstieg der weltweiten Produktion von wiederaufladbaren Batterien um 25 Prozent pro Jahr. Viele Rohstoffe, die in den Batterien verwendet werden, wie z. B. Kobalt, könnten bald knapp werden. Die Europäische Kommission bereitet eine neue Batterieverordnung vor, die das Recycling von 95 Prozent des Kobalts in Batterien vorschreiben würde. Doch die bestehenden Methoden zum Batterierecycling sind alles andere als perfekt.
Aus den Batterien entfernte Elektroden. Elektroden bestehen aus einer Folie, z. B. aus Aluminium oder Kupfer, die mit einer dünnen Schicht aus aktivem Material bedeckt ist.
Aalto University
Forscher der Aalto-Universität haben nun herausgefunden, dass Elektroden in Lithiumbatterien, die Kobalt enthalten, wiederverwendet werden können, nachdem sie neu mit Lithium gesättigt wurden. Im Vergleich zum herkömmlichen Recycling, bei dem die Metalle in der Regel durch Schmelzen oder Lösen aus den zerkleinerten Batterien gewonnen werden, spart das neue Verfahren wertvolle Rohstoffe und wahrscheinlich auch Energie.
In unserer früheren Studie darüber, wie Lithium-Kobalt-Oxid-Batterien altern, haben wir festgestellt, dass eine der Hauptursachen für die Verschlechterung der Batterie die Erschöpfung des Lithiums im Elektrodenmaterial ist. Die Strukturen können jedoch relativ stabil bleiben, deshalb wollten wir sehen, ob sie wiederverwendet werden können", erklärt Professor Tanja Kallio von der Aalto-Universität.
Wiederaufladbare Lithium-Ionen-Akkus haben zwei Elektroden, zwischen denen sich elektrisch geladene Teilchen bewegen. In einer Elektrode wird Lithium-Kobalt-Oxid verwendet, die andere besteht in den meisten Akkus aus Kohlenstoff und Kupfer.
Bei herkömmlichen Batterierecyclingmethoden geht ein Teil der Rohstoffe der Batterien verloren und das Lithium-Kobalt-Oxid verwandelt sich in andere Kobaltverbindungen, die einen langwierigen chemischen Veredelungsprozess erfordern, um sie wieder in Elektrodenmaterial zu verwandeln. Die neue Methode umgeht diesen mühsamen Prozess: Indem das verbrauchte Lithium in der Elektrode durch ein in der Industrie übliches Elektrolyseverfahren aufgefüllt wird, kann die Kobaltverbindung direkt wiederverwendet werden.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Leistung von Elektroden, die frisch mit Lithium gesättigt sind, fast genauso gut ist wie die von solchen aus neuem Material. Kallio glaubt, dass die Methode bei weiterer Entwicklung auch im industriellen Maßstab funktionieren würde.
Durch die Wiederverwendung der Strukturen von Batterien können wir einen Großteil der beim Recycling üblichen Arbeit vermeiden und gleichzeitig potenziell Energie sparen. Wir glauben, dass die Methode Unternehmen helfen könnte, die ein industrielles Recycling entwickeln", sagt Kallio.
Als Nächstes wollen die Forscher prüfen, ob die gleiche Methode auch für die nickelbasierten Batterien von Elektroautos verwendet werden kann.
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