Wie man Li-Ionen-Batterien effizient recycelt

Ein Forscherteam der Rice University befasst sich mit dem Umweltproblem des effizienten Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien.

Ein Forscherteam 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, die immer häufiger eingesetzt werden.

Das Team leistete Pionierarbeit bei der Entwicklung einer neuen Methode zur Gewinnung gereinigter aktiver Materialien aus Batterieabfällen, wie kürzlich in der Zeitschrift Nature Communications beschrieben wurde. Ihre 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.

Bei herkömmlichen Recyclingverfahren werden die Batteriematerialien in der Regel durch energieintensive thermische oder chemische Prozesse in ihre elementaren Bestandteile zerlegt, was kostspielig ist und erhebliche Umweltauswirkungen hat.

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 Prozent, 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 wiederhergestellt werden.“

Den ganzen Artikel inkl. eines exklusiven Interviews mit der Co-Autorin Weiyin Chen finden Sie unter: How to Efficiently Recycle Li-ion Batteries - Tech Briefs