Ein Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Jung-Je Woo am Gwangju Clean Energy Research Center des Korea Institute of Energy Research (KIER) hat eine kostengünstige und umweltfreundliche Technologie für das Recycling von Kathodenmaterialien aus verbrauchten Lithium-Ionen-Batterien entwickelt.
Mit der zunehmenden Verbreitung von Elektrofahrzeugen und mobilen Geräten ist das Management von Altbatterien zu einer wichtigen globalen Herausforderung geworden. Bis 2040 wird die Zahl der ausgemusterten Elektrofahrzeuge voraussichtlich 40 Millionen übersteigen, 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 der Boden- und Wasserkontamination 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. Darüber hinaus ist der Energieverbrauch extrem hoch, da Hochtemperaturöfen erforderlich sind, die zudem erheblich zu den Kohlendioxidemissionen beitragen.
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 durch ein einfaches Verfahren 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 Lithiumionen effektiv wieder auffüllt.
Die Schlüsseltechnologie ist die Anwendung der galvanischen Korrosion mit einer Sanierungslösung. 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 die Anwendung beim Batterierecycling angepasst.
Das Brom in der Wiederherstellungslösung löst bei Kontakt mit dem Aluminium der verbrauchten Batterie eine spontane Korrosion aus. Bei diesem Prozess 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 Lithiumionen 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.“
*Beispiele für entstehende umweltgiftige Chemikalien
Fluorwasserstoff, fluorhaltige Lithiumsalze, Schwermetalle, organische Lösungsmittel (z.B. Ethylacetat, Methylformiat, Propylencarbonat…)
Originalpublikation
Lesen Sie auch
Seltene Erden: erste konkrete Schritte Richtung Kreislaufwirtschaft | Pugnalom
Teilen mit:
Entdecke mehr von Pugnalom
Melde dich für ein Abonnement an, um die neuesten Beiträge per E-Mail zu erhalten.
