Neue Lithium-Recyclingmethode ist sauberer und billiger

Eine kostengünstige, umweltfreundliche Technik zum Lithium-Recycling könnte dazu beitragen, dass wir genug von dem wertvollen Metall haben, um die Zukunft mit sauberer Energie anzutreiben – wenn sie in der realen Welt genauso gut funktioniert wie im Labor.

Die Herausforderung:Der Übergang zu Elektrofahrzeugen (EVs) ist ein wichtiger Teil der Bekämpfung des Klimawandels, und da Lithium-Ionen-Batterien für ihre Größe viel Energie speichern können, sind sie (bisher) unsere beste Option, um sie mit Strom zu versorgen.

Das zur Herstellung dieser Batterien benötigte Lithium ist jedoch eine endliche Ressource und der Abbau ist umweltschädlich. Die Nachfrage nach Lithium geht auch über Elektrofahrzeuge hinaus, da Lithium-Ionen-Batterien in Laptops, Smartphones und sogar Fernsehern verwendet werden.

„Diese Methode … ermöglicht ein kostengünstiges, energieeffizientes und umweltverträgliches Recycling.“

Lithium-Recycling: Obwohl wir Lithium und andere nützliche Metalle aus alten Batterien extrahieren können, nachdem diese leer sind, ist der Standard-Recyclingprozess teuer, ineffizient und erfordert extreme Hitze oder ätzende Chemikalien. Dies ist einer der Gründe, warum die überwiegende Mehrheit der Lithiumbatterien immer noch nicht recycelt wird und viele auf Mülldeponien landen.

Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben eine neue Lithium-Recyclingtechnik entwickelt, die bei niedrigen Temperaturen und ohne aggressive Chemikalien funktioniert.

„Die Methode kann … für eine Vielzahl kommerziell erhältlicher Lithium-Ionen-Batterien angewendet werden“, sagte Erstautor Oleksandr Dolotko. „Es ermöglicht ein kostengünstiges, energieeffizientes und umweltverträgliches Recycling.“

Wie es funktioniert:Die Lithium-Recyclingmethode des KIT-Teams beginnt damit, dass etwas Aluminiumfolie auf die Kathode einer Batterie gegeben und alles in einer „Kugelmühle“ zermahlen wird – einem hohlen, rotierenden Zylinder, der Kugeln enthält, die alles, was sich im Behälter befindet, zerschlagen.

Durch die mechanische Kraft des Mahlens kommt es zu einer chemischen Reaktion zwischen dem Aluminium und den Kathodenmaterialien – obwohl selbst die Forscher nicht genau wissen, warum.

„Es ist wirklich schwer zu sagen, wie es passiert“, sagte Dolotko gegenüber Nature.

„Einer der anspruchsvollsten Teile der Erfindung ist fertig – die Technik funktioniert.“

Nachdem sie die gemahlene Mischung aus der Mühle genommen haben, fügen sie heißes Wasser (194 F) hinzu. Wenn das Wasser verdunstet, bleibt Lithiumcarbonat zurück – ein nützliches Material, das zur Herstellung neuer Batterien verwendet werden kann.

Mit diesem Verfahren konnten die Forscher sagen, dass sie 70 % des Lithiums in den Kathodenmaterialien zurückgewinnen konnten, und es funktionierte mit den Kathodenmaterialien, die in einer Reihe verschiedener Lithium-Ionen-Batterien zu finden waren.

Zum Vergleich: Einige Batterierecyclingunternehmen in den USA geben an, 95–98 % der kritischen Materialien aus Lithium-Ionen-Batterien zurückzugewinnen.

Das kalte Wasser:In ihrer in Communications Chemistry veröffentlichten Studie versuchten die Forscher, Lithium aus den Materialien zu entfernen, die typischerweise in den Kathoden von Lithium-Ionen-Batterien zu finden sind – sie begannen nicht wirklich mit verbrauchten Batteriekathoden, die Verunreinigungen enthalten könnten.

Sie glauben jedoch nicht, dass diese Verunreinigungen einen großen Einfluss auf den Lithium-Recyclingprozess haben würden.

„Die in diesem Artikel vorgestellte entdeckte Technologie kann ohne wesentliche Anpassungen auf diese Materialien angewendet werden“, schrieben sie. „Es wird erwartet, dass die Reaktionsbedingungen und die endgültigen Recyclingprodukte denen ähneln, die in dieser Arbeit untersucht werden.“

Auch die Kathode ist nur ein Teil einer Lithium-Ionen-Batterie, und die Autoren räumen ein, dass der Recyclingprozess möglicherweise nicht oder nicht so gut funktioniert, wenn wir versuchen würden, ganze Batterien einfach zu zerkleinern, was bedeutet, dass wir immer noch diesen mühsamen Schritt benötigen würden sie zum Recycling zu zerlegen.

„Diese zusätzlichen Komponenten, wie ein Bindemittel, eine Graphitanode, Kupfer oder andere Zusatzstoffe oder Nebenprodukte der Herstellung der schwarzen Masse, könnten den mechanisch-chemisch induzierten Recyclingprozess beeinträchtigen“, schreiben sie.

Vorausschauen:Die Forscher konzentrieren sich nun auf die Beantwortung wichtiger Fragen, die darüber entscheiden werden, ob ihre Lithium-Recyclingtechnik eine wichtige Rolle bei der Gestaltung unserer sauberen Energiezukunft spielen kann.

„Derzeit beteiligen wir uns an zwei europäischen Konsortien, in denen diese Technologie auf industriell behandelte Lithium-Ionen-Batterieabfälle angewendet, skaliert und auf ihre Rentabilität und Umweltauswirkungen hin bewertet wird“, sagte Dolotko.

„Als Erfinder glauben wir, dass die Einführung dieser Technologie in der Industrie real und machbar ist … Einer der anspruchsvollsten Teile der Erfindung ist abgeschlossen – die Technik funktioniert“, fuhr er fort. „Jetzt ist es an der Zeit, es auf eine andere Ebene zu bringen, was unser nächster aufregender Schritt ist.“

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