Durchbruch beim Akku-Recycling
publiziert: Mittwoch, 17. Nov 2021 / 16:38 Uhr
Xiao Su, Professor für Chemie- und Biomolekulartechnik an der Universität Illinois.
Xiao Su, Professor für Chemie- und Biomolekulartechnik an der Universität Illinois.

Verbrauchte Lithium-Ionen-Batterien enthalten wertvolle Metalle, die sich beim Recycling nur schwer voneinander trennen lassen. Altbatterien stellen eine nachhaltige Quelle für diese Metalle dar, insbesondere für die schwindenden Reserven von Kobalt und Nickel. Eine neue Technologie nutzt die Elektrochemie zur effizienten Abtrennung und Rückgewinnung der Metalle.

Eine neue Studie unter der Leitung von Xiao Su, Professor für Chemie- und Biomolekulartechnik an der University of Illinois Urbana-Champaign, nutzt die selektive Elektroabscheidung zur Rückgewinnung wertvoller Metalle aus handelsüblichen Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid- oder NMC-Batterieelektroden. Die in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlichte Methode führt zu einer Reinheit des Endprodukts von etwa 96,4 % bzw. 94,1 % für Kobalt und Nickel aus verbrauchten NMC-Elektrodenabfällen.

Laut Su haben Kobalt und Nickel ähnliche elektrochemische Eigenschaften - oder Standard-Reduktionspotenziale - was es für Chemiker schwierig macht, reine Formen der beiden Metalle aus Batterieelektroden zu gewinnen.

Umweltbelastungen

«Es gibt eine Reihe von Methoden zur Rückgewinnung von Kobalt und Nickel aus Batterieelektroden, aber sie haben Nachteile», so Su. «Die meisten erfordern energieintensive Hochtemperaturprozesse oder starke Lösungsmittel, deren Entsorgung ein Problem darstellt. Die Industrie verlangt nach Methoden, die keine zusätzlichen Probleme wie hohen Energieverbrauch oder giftige Abfälle verursachen.»

Der einzigartige Aspekt dieser Studie ist die Entwicklung eines abstimmbaren flüssigen Elektrolyten und einer Polymerbeschichtung auf den Elektroden durch das Team.

Im Labor kombinierten die Forscher die Elektrolyt-Polymer-Methode mit zerlegten, ausgelaugten und verflüssigten Komponenten vollständig entladener NMC-Batterieelektroden. Durch Einstellen der Salzkonzentrationen des Elektrolyten und der Dicke der Polymerbeschichtung stellten die Forscher fest, dass sich auf den Elektrodenoberflächen durch aufeinanderfolgende Elektroabscheidung deutliche Ablagerungen von Kobalt und Nickel bildeten. Am Ende des Prozesses hatte die Elektrode hochreine Beschichtungen aus Kobalt und Nickel gesammelt.

Konkurrenzfähig

Eine wirtschaftliche Analyse des neuen Verfahrens zeigte, dass es mit den derzeitigen Recyclingmethoden für Li-Ionen-Batterien konkurrenzfähig ist, wenn Materialerlöse, Materialkosten und Energieverbrauch berücksichtigt werden, heisst es in der Studie.

«Der Prozess muss noch weiter technisch optimiert werden, aber diese erste Proof-of-Concept-Studie bestätigt, dass die elektrochemische Rückgewinnung von Kobalt und Nickel bei niedrigen Temperaturen möglich ist», so Su. «Wir sind sehr begeistert, denn die Studie zeigt ein grossartiges Beispiel für nachhaltige, elektrisch betriebene Trennverfahren, die für das Recycling elektrochemischer Batterien eingesetzt werden können.»

(fest/pd)

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