Neues Rezept für effizientes, umweltfreundliches Batterierecycling
Obwohl es so einfach aussieht wie das Aufbrühen von Kaffee, ist das genaue Verfahren ein einzigartiger wissenschaftlicher Durchbruch
Forscher der Chalmers University of Technology, Schweden, haben jetzt eine neue und effiziente Methode zum Recycling von Metallen aus verbrauchten Elektroauto-Batterien vorgestellt. Die Methode ermöglicht die Rückgewinnung von 100 Prozent des Aluminiums und 98 Prozent des Lithiums in Elektroauto-Batterien. Gleichzeitig wird der Verlust von wertvollen Rohstoffen wie Nickel, Kobalt und Mangan minimiert. Für das Verfahren werden keine teuren oder schädlichen Chemikalien benötigt, denn die Forscher verwenden Oxalsäure - eine organische Säure, die im Pflanzenreich vorkommt.
So funktioniert die Methode: Der zerkleinerte Inhalt einer verbrauchten Autobatteriezelle (silberner Beutel) wird in Form eines fein gemahlenen schwarzen Pulvers (Schale links) in einer durchsichtigen Flüssigkeit - Oxalsäure - aufgelöst. Nach einer bestimmten Zeit wird das schwarze Gemisch filtriert. Das Aluminium und das Lithium gehen in die (grünlich-blaue) Flüssigkeit über, während die anderen Metalle, wie Kobalt, Nickel und Mangan, in den dunklen "Feststoffen" (Schale rechts) bleiben.
Anna-Lena Lundqvist
"Bislang ist es noch niemandem gelungen, die richtigen Bedingungen zu finden, um mit Oxalsäure so viel Lithium abzutrennen und gleichzeitig das gesamte Aluminium zu entfernen. Da alle Batterien Aluminium enthalten, müssen wir in der Lage sein, es zu entfernen, ohne die anderen Metalle zu verlieren", sagt Léa Rouquette, Doktorandin an der Fakultät für Chemie und Chemieingenieurwesen in Chalmers.
Im Batterierecyclinglabor von Chalmers zeigen Rouquette und Forschungsleiterin Martina Petranikova, wie die neue Methode funktioniert. Im Labor befinden sich verbrauchte Autobatteriezellen und im Abzug ihr pulverisierter Inhalt. Dieser besteht aus einem fein gemahlenen schwarzen Pulver, das in einer durchsichtigen Flüssigkeit - Oxalsäure - gelöst ist. Rouquette stellt sowohl das Pulver als auch die Flüssigkeit in einem Gerät her, das an einen Küchenmixer erinnert. Obwohl es so einfach aussieht wie das Aufbrühen von Kaffee, ist das genaue Verfahren ein einzigartiger und kürzlich veröffentlichter wissenschaftlicher Durchbruch. Durch Feinabstimmung von Temperatur, Konzentration und Zeit haben die Forscher ein bemerkenswertes neues Rezept für die Verwendung von Oxalsäure entwickelt - einem umweltfreundlichen Inhaltsstoff, der in Pflanzen wie Rhabarber und Spinat vorkommt.
"Wir brauchen Alternativen zu anorganischen Chemikalien. Einer der größten Engpässe in den heutigen Prozessen ist die Entfernung von Reststoffen wie Aluminium. Dies ist eine innovative Methode, die der Recyclingindustrie neue Alternativen bieten und dazu beitragen kann, Probleme zu lösen, die die Entwicklung behindern", sagt Martina Petranikova, außerordentliche Professorin an der Fakultät für Chemie und Chemieingenieurwesen in Chalmers.
Umkehrung der Reihenfolge und Vermeidung von Verlusten
Das Recyclingverfahren auf wässriger Basis wird Hydrometallurgie genannt. Bei der traditionellen Hydrometallurgie werden alle Metalle in einer EV-Batteriezelle in einer anorganischen Säure aufgelöst. Anschließend werden die "Verunreinigungen" wie Aluminium und Kupfer entfernt. Schließlich kann man die wertvollen Metalle wie Kobalt, Nickel, Mangan und Lithium separat zurückgewinnen. Auch wenn die Menge an verbleibendem Aluminium und Kupfer gering ist, sind mehrere Reinigungsschritte erforderlich, und jeder Schritt in diesem Prozess kann zu Lithiumverlusten führen. Bei der neuen Methode kehren die Forscher die Reihenfolge um und gewinnen zuerst das Lithium und das Aluminium zurück. Auf diese Weise können sie die Verschwendung wertvoller Metalle reduzieren, die für die Herstellung neuer Batterien benötigt werden.
Der letzte Teil des Prozesses, bei dem das schwarze Gemisch gefiltert wird, erinnert ebenfalls an das Aufbrühen von Kaffee. Während Aluminium und Lithium in der Flüssigkeit landen, bleiben die anderen Metalle in den "Feststoffen" zurück. In einem nächsten Schritt werden Aluminium und Lithium getrennt.
"Da die Metalle sehr unterschiedliche Eigenschaften haben, glauben wir, dass es nicht schwer sein wird, sie zu trennen. Unsere Methode ist ein vielversprechender neuer Weg für das Batterierecycling - ein Weg, der auf jeden Fall weiter erforscht werden sollte", sagt Rouquette.
"Wir hoffen, dass die Methode in den kommenden Jahren in größerem Maßstab in der Industrie eingesetzt werden kann", sagt Petranikova.
Die Forschungsgruppe von Petranikova betreibt seit vielen Jahren Spitzenforschung auf dem Gebiet des Recyclings von Metallen, die in Lithium-Ionen-Batterien vorkommen. Die Gruppe ist an verschiedenen Kooperationen mit Unternehmen beteiligt, um das Recycling von Elektroauto-Batterien zu entwickeln, und ist Partner bei großen Forschungs- und Entwicklungsprojekten, wie dem Nybat-Projekt von Volvo Cars und Northvolt.
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