Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben ein preisgünstiges und umweltverträgliches mechanochemisches Wiederverwertungsverfahren für Batterieabfälle entwickelt. Das berichtet das Institut in einer Pressemitteilung. Bis zu 70 Prozent des Lithiums ließen sich damit zurückgewinnen, ohne dass korrosive Chemikalien, hohe Temperaturen oder eine vorherige Sortierung der Materialien erforderlich seien.
Dies ermögliche ein am KIT entwickeltes Recyclingverfahren, das mechanische Prozesse und chemische Reaktionen verbinde. Die Methode erlaube ein kostengünstiges, energieeffizientes und umweltverträgliches Recycling unterschiedlichster Lithium-Ionen-Batterien. Die Forschenden berichteten in der Zeitschrift Nature Communications Chemistry darüber.
„Lithium-Ionen-Batterien durchdringen unseren Alltag: Sie versorgen nicht nur Notebooks und Smartphones, Spielzeug, Fernsteuerungen und andere kleine Geräte kabellos mit Strom, sondern fungieren auch als wichtigster Energiespeicher für die rasch wachsende Elektromobilität. Der zunehmende Einsatz dieser Batterien verlangt ökonomisch und ökologisch nachhaltige Methoden zum Recycling„, schreibt das KIT. Heute würden aus Batterieabfällen vor allem Nickel und Kobalt, Kupfer und Aluminium sowie Stahl zurückgewonnen und wiederverwertet.
Die Rückgewinnung von Lithium sei derzeit noch teuer und wenig ertragreich. Die verfügbaren, meist metallurgischen Verfahren verbrauchten viel Energie und/oder hinterließen schädliche Nebenprodukte. Demgegenüber versprächen Ansätze der Mechanochemie, die mechanische Prozesse nutzen, um chemische Reaktionen herbeizuführen, eine höhere Ausbeute bei niedrigerem Aufwand sowie mehr Nachhaltigkeit.
Geeignet für unterschiedliche Kathodenmaterialien
Ein solches Verfahren entwickelt habe nun das Institut für Angewandte Materialien – Energiespeichersysteme (IAM-ESS) des KIT zusammen mit dem vom KIT in Kooperation mit der Universität Ulm gegründeten Helmholtz-Institut Ulm für Elektrochemische Energiespeicherung (HIU) und der EnBW Energie Baden-Württemberg AG. Sie erreichen damit eine Rückgewinnungsrate von bis zu 70 Prozent für das Lithium, ohne dass es korrosiver Chemikalien, hoher Temperaturen oder einer vorherigen Sortierung der Materialien bedarf, heißt es.
„Das Verfahren eignet sich zur Rückgewinnung von Lithium aus Kathodenmaterialien unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung und damit für viele verschiedene marktübliche Lithium-Ionen-Batterien“, erklärt Dr. Oleksandr Dolotko vom IAM-ESS des KIT und vom HIU, Hauptautor der Publikation. „Es erlaubt ein kostengünstiges, energieeffizientes und umweltverträgliches Recycling.“
Reaktion läuft bei Zimmertemperatur ab
Die Forschenden verwenden demnach für ihr Verfahren Aluminium als Reduktionsmittel in der mechanochemischen Reaktion. Da Aluminium bereits in der Kathode enthalten ist, komme das Verfahren ohne zusätzlich zugeführte Stoffe aus. So funktioniert es laut Pressemitteilung: Die Batterieabfälle werden zunächst zermahlen. Dann werden sie in einer Reaktion mit Aluminium eingesetzt, um metallische Verbundwerkstoffe mit wasserlöslichen Lithiumverbindungen zu erzeugen. Das Lithium wird daraufhin zurückgewonnen, indem die wasserlöslichen Verbindungen in Wasser aufgelöst und anschließend erhitzt werden, um das Wasser durch Verdampfen zu entfernen.
„Da die mechanochemische Reaktion bei Umgebungstemperatur und -druck abläuft, ist das Verfahren besonders energieeffizient. Ein weiterer Vorteil liegt im einfachen Ablauf, was den Einsatz im industriellen Maßstab erleichtern wird. Denn schon in näherer Zukunft werden große Mengen von Batterien zum Recycling anfallen“, schreibt das KIT.
Quelle: Karlsruher Institut für Technologie – Pressemitteilung vom 28.03.2023
