Entwicklung einer fortschrittlichen Recyclingtechnologie zur Wiederherstellung von Kathodenmaterialien für Altbatterien

Durch das Recyclingverfahren werden Altbatterien zu 100% ihrer ursprünglichen Kapazität wiederhergestellt

18.11.2024

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Jung-Je Woo am Gwangju Clean Energy Research Center des Korea Institute of Energy Research (KIER) hat erfolgreich eine kosteneffiziente und umweltfreundliche Technologie für das Recycling von Kathodenmaterialien aus verbrauchten Lithium-Ionen-Batterien entwickelt.

Mit der zunehmenden Verbreitung von Elektrofahrzeugen und mobilen Geräten ist die Bewirtschaftung von Altbatterien zu einer wichtigen globalen Herausforderung geworden. Bis zum Jahr 2040 wird erwartet, dass die Zahl der ausgemusterten Elektrofahrzeuge 40 Millionen übersteigt, was zu einem starken Anstieg der Altbatterien führen wird. Die Entwicklung fortschrittlicher Recyclingtechnologien ist daher zu einer dringenden Priorität geworden, da die in den Batterien enthaltenen Metalle ein erhebliches Risiko für die Verunreinigung von Boden und Wasser darstellen.

Beim herkömmlichen Batterierecycling werden Altbatterien in der Regel zerkleinert und wertvolle Metalle wie Lithium, Nickel und Kobalt durch chemische Prozesse extrahiert. Dieses Verfahren erfordert jedoch hochkonzentrierte Chemikalien, die Abwässer erzeugen, und es erfordert einen erheblichen Energieverbrauch, da Hochtemperaturöfen erforderlich sind, die erheblich zu den Kohlendioxidemissionen beitragen.

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Die Technologie des direkten Recyclings, bei der die ursprünglichen Materialien ohne chemische Veränderung zurückgewonnen und wiederhergestellt werden, stößt daher auf wachsendes Interesse. Das direkte Recycling hat jedoch auch Nachteile, da es Hochtemperatur- und Hochdruckbedingungen erfordert und komplexe Verfahren beinhaltet, die sowohl zeit- als auch kostenaufwendig sind.

Das Forschungsteam hat eine neuartige Technologie für das direkte Recycling von verbrauchten Kathodenmaterialien aus Lithium-Ionen-Batterien entwickelt, die mit einem einfachen Verfahren arbeitet, das die Grenzen herkömmlicher Recyclingmethoden überwindet. Bei diesem innovativen Ansatz wird die verbrauchte Kathode in ihren ursprünglichen Zustand zurückversetzt, indem sie bei Umgebungstemperatur und -druck in eine Wiederherstellungslösung getaucht wird, die die Lithium-Ionen effektiv wieder auffüllt.

Die Schlüsseltechnologie ist die Anwendung der galvanischen Korrosion unter Verwendung einer Wiederherstellungslösung. Galvanische Korrosion tritt auf, wenn zwei ungleiche Materialien in einer Elektrolytumgebung in Kontakt sind, was zur selektiven Korrosion eines Metalls führt, um das andere zu schützen. Durch die Nutzung dieses Opfermechanismus hat das Forschungsteam dieses Phänomen auf innovative Weise für das Batterierecycling angepasst.

Das Brom in der Wiederherstellungslösung löst bei Kontakt mit dem Aluminium in der verbrauchten Batterie eine spontane Korrosion aus. Während dieses Prozesses werden Elektronen aus dem korrodierten Aluminium freigesetzt und anschließend auf das verbrauchte Kathodenmaterial übertragen. Um die Ladungsneutralität aufrechtzuerhalten, werden Lithium-Ionen in der Wiederherstellungslösung in das Kathodenmaterial eingebracht. Durch diese Rückgewinnung von Lithium-Ionen wird das Kathodenmaterial in seinen ursprünglichen Zustand zurückversetzt.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden, bei denen die verbrauchte Batterie zerlegt werden muss, findet die Wiederherstellungsreaktion direkt in der Zelle statt, was die Effizienz des Recyclingprozesses erheblich steigert.

Das Forschungsteam bestätigte durch elektrochemische Leistungstests, dass die wiederhergestellte Kathode eine Kapazität erreicht, die der von neuen Materialien entspricht.

Dr. Jung-Je Woo, der leitende Forscher, erklärte: "Diese Forschung stellt einen neuartigen Ansatz zur Wiederherstellung verbrauchter Kathodenmaterialien vor, ohne dass eine Hochtemperatur-Wärmebehandlung oder schädliche Chemikalien erforderlich sind." Er betonte weiter: "Das direkte Recycling von ausrangierten Elektrofahrzeugbatterien birgt ein großes Potenzial für eine deutliche Verringerung der Kohlenstoffemissionen und die Schaffung einer Kreislaufwirtschaft."

Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.

Originalveröffentlichung

Jinju Song, Hayong Song, Jeonghwan Song, Geumui Noh, Hyungsub Kim, Jiyoung Ma, Jung‐Je Woo; "Reviving Spent NCM Cathodes via Spontaneous Galvanic Corrosion in Ambient Atmospheric Condition"; Advanced Energy Materials, 2024-9-27

https://www.chemie.de/news/1184918/entwicklung-einer-fortschrittlichen-recyclingtechnologie-zur-wiederherstellung-von-kathodenmaterialien-fuer-altbatterien.html