Ein Recyclingverfahren des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) kann bis zu 70% des Lithiums aus Batterieabfällen ohne korrosive Chemikalien, hohe Temperaturen und eine vorherige Sortierung der Materialien zurückgewinnen. Das Verfahren kombiniert mechanische Prozesse mit chemischen Reaktionen und ermöglicht so ein kostengünstiges, energieeffizientes und umweltverträgliches Recycling jeder Art von Lithium-Ionen-Batterie. Die Ergebnisse dieses Verfahrens wurden in Communications Chemistry veröffentlicht.
Lithium-Ionen-Batterien sind mittlerweile allgegenwärtig. Sie werden nicht nur für die drahtlose Stromversorgung von Notebooks, Smartphones, Spielzeug, Fernbedienungen und anderen kleinen Geräten verwendet, sondern sind auch das wichtigste Energiespeichersystem für den stark wachsenden Elektromobilitätssektor. Der zunehmende Einsatz dieser Batterien führt schließlich zur Notwendigkeit ökonomisch und ökologisch nachhaltiger Recyclingmethoden.
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Derzeit werden hauptsächlich Nickel und Kobalt, Kupfer und Aluminium sowie Stahl aus Batterieabfällen für die Wiederverwendung zurückgewonnen. Die Rückgewinnung von Lithium ist jedoch immer noch teuer und kaum profitabel. Die vorhandenen Verfahren zur Rückgewinnung sind größtenteils metallurgischer Natur und verbrauchen viel Energie und/oder produzieren gefährliche Nebenprodukte. Im Gegensatz dazu versprechen mechanochemische Ansätze auf der Basis von mechanischen Prozessen, chemische Reaktionen auszulösen, einen höheren Ertrag und Nachhaltigkeit bei geringerem Aufwand zu erreichen.
Ein solches Verfahren wurde nun von der Abteilung für Energiespeichersysteme des Instituts für Angewandte Materialien (IAM-ESS) des KIT, dem Helmholtz-Institut Ulm für Elektrochemische Energiespeicherung (HIU), das vom KIT in Zusammenarbeit mit der Universität Ulm gegründet wurde, und EnBW Energie Baden-Württemberg AG entwickelt.
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Das Verfahren erreicht eine Lithiumrückgewinnungsrate von bis zu 70% ohne den Einsatz von korrosiven Chemikalien, hohen Temperaturen und einer vorherigen Sortierung der Materialien. „Das Verfahren kann für die Rückgewinnung von Lithium aus Kathodenmaterialien verschiedener chemischer Zusammensetzungen und somit für eine große Palette von am Markt erhältlichen Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt werden“, sagt Dr. Oleksandr Dolotko vom IAM-ESS und HIU, der Erstautor der Veröffentlichung. „Es ermöglicht ein kostengünstiges, energieeffizientes und umweltverträgliches Recycling.“
Die Forscher verwenden Aluminium als Reduktionsmittel in der mechanochemischen Reaktion. Da Aluminium bereits in der Kathode enthalten ist, sind keine zusätzlichen Substanzen erforderlich. Das Verfahren funktioniert wie folgt: Zunächst wird der Batterieabfall gemahlen. Dann reagiert dieses Material mit Aluminium zu metallischen Verbundstoffen mit wasserlöslichen Lithiumverbindungen.
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Lithium wird durch Auflösen dieser Verbindungen in Wasser zurückgewonnen und anschließend erhitzt, um das Wasser verdampfen zu lassen. Da die mechanochemische Reaktion bei Umgebungstemperatur und -druck stattfindet, ist das Verfahren sehr energieeffizient.
Ein weiterer Vorteil ist die Einfachheit des Verfahrens, die die Anwendung im industriellen Maßstab erleichtern wird, da bereits in naher Zukunft große Mengen von Batterien recycelt werden müssen.
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Das Verfahren bietet somit eine vielversprechende Lösung für die zukünftige Rückgewinnung von Lithium aus Batterieabfällen und trägt dazu bei, die Umweltbelastung durch die steigende Anzahl von Elektrofahrzeugen und anderen Lithium-Ionen-betriebenen Geräten zu reduzieren.
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