Forscher entwickeln innovative Batterierecyclingmethode

30.07.2024

Ein Forschungsteam an der Rice University unter der Leitung von James Tour, dem T.T. und W.F. Chao Professor für Chemie und Professor für Materialwissenschaften und Nanoengineering, befasst sich mit dem Umweltproblem des effizienten Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien angesichts ihrer zunehmenden Verwendung.

Das Team hat eine neue Methode zur Extraktion gereinigter aktiver Materialien aus Batterieabfällen entwickelt, die am 24. Juli in der Zeitschrift Nature Communications vorgestellt wurde. Die Ergebnisse haben das Potenzial, die effektive Trennung und das Recycling von wertvollen Batteriematerialien zu minimalen Kosten zu erleichtern und so zu einer umweltfreundlicheren Produktion von Elektrofahrzeugen beizutragen.

"Angesichts der zunehmenden Nutzung von Batterien, insbesondere in Elektrofahrzeugen, ist die Entwicklung nachhaltiger Recyclingmethoden dringend erforderlich", so Tour.

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Herkömmliche Recyclingtechniken beinhalten in der Regel die Zerlegung von Batteriematerialien in ihre elementaren Bestandteile durch energieintensive thermische oder chemische Prozesse, die kostspielig sind und erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt haben.

Das Team schlug vor, dass magnetische Eigenschaften die Trennung und Reinigung von verbrauchten Batteriematerialien erleichtern könnten.

Ihre Innovation nutzt eine Methode, die als lösungsmittelfreie Flash-Joule-Erhitzung (FJH) bekannt ist. Bei dieser von Tour entwickelten Technik wird ein Strom durch ein Material mit geringem Widerstand geleitet, um es schnell zu erhitzen und in andere Stoffe umzuwandeln.

Mithilfe der FJH erhitzten die Forscher Batterieabfälle innerhalb von Sekunden auf 2.500 Kelvin, wodurch einzigartige Merkmale mit magnetischen Hüllen und stabilen Kernstrukturen entstanden. Die magnetische Trennung ermöglichte eine effiziente Aufreinigung.

Während des Prozesses zeigten die kobaltbasierten Batteriekathoden - die üblicherweise in Elektrofahrzeugen verwendet werden und mit hohen finanziellen, ökologischen und sozialen Kosten verbunden sind - unerwartet Magnetismus in den äußeren Spinell-Kobaltoxidschichten, was eine einfache Trennung ermöglichte.

Der Ansatz der Forscher führte zu einer hohen Ausbeute an Batteriemetallen von 98 %, wobei der Wert der Batteriestruktur erhalten blieb.

"Bemerkenswert ist, dass die Metallverunreinigungen nach der Abtrennung deutlich reduziert wurden, während die Struktur und Funktionalität der Materialien erhalten blieb", so Tour. "Die Struktur der Batteriematerialien bleibt stabil und kann zu neuen Kathoden zusammengesetzt werden."

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Originalveröffentlichung

Weiyin Chen, Yi Cheng, Jinhang Chen, Ksenia V. Bets, Rodrigo V. Salvatierra, Chang Ge, John Tianci Li, Duy Xuan Luong, Carter Kittrell, Zicheng Wang, Emily A. McHugh, Guanhui Gao, Bing Deng, Yimo Han, Boris I. Yakobson, James M. Tour; "Nondestructive flash cathode recycling"; Nature Communications, Volume 15, 2024-7-24

https://www.chemie.de/news/1184071/forscher-entwickeln-innovative-batterierecyclingmethode.html