Rohstoff Lithium: Erfolge beim Batterie-Recycling
Das Batterierecycling ist mindestens ebenso wichtig wie die Entwicklung neuer leistungsfähiger Batterien. Im Forschungslabor am KIT können bereits 70 Prozent des Lithiums zurückgewonnen werden – ohne korrosive Chemikalien und hohe Temperaturen.
30.03.2023 – Eine neue Methode zum Batterierecycling erlaubt ein kostengünstiges, energieeffizientes und umweltverträgliches Recycling unterschiedlichster Lithium-Ionen-Batterien. Die Forschenden am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und ihre Partner können aus Batterieabfällen bis zu 70 Prozent des Lithiums zurückgewinnen, ohne dass korrosive Chemikalien, hohe Temperaturen oder eine vorherige Sortierung der Materialien erforderlich sind.
Heute werden aus Batterieabfällen vor allem Nickel und Kobalt, Kupfer und Aluminium sowie Stahl zurückgewonnen und wiederverwertet. Die Rückgewinnung von Lithium ist derzeit noch teuer und wenig ertragreich. Die verfügbaren, meist metallurgischen Verfahren verbrauchen viel Energie und/oder hinterlassen schädliche Nebenprodukte. Demgegenüber versprechen Ansätze der Mechanochemie, die mechanische Prozesse nutzen, um chemische Reaktionen herbeizuführen, eine höhere Ausbeute bei niedrigerem Aufwand sowie mehr Nachhaltigkeit.
Ein solches Verfahren hat 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 entwickelt. In der Zeitschrift Nature Communications Chemistry stellen die Forschenden ihre Methode vor.
Reaktion läuft bei Zimmertemperatur ab
Im Verfahren wird Aluminium als Reduktionsmittel in der mechanochemischen Reaktion verwendet. Da Aluminium bereits in der Kathode enthalten ist, müssen keine zusätzlichen Stoffe zugeführt werden.
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.
„Das Verfahren eignet sich zur Rückgewinnung von Lithium aus Kathodenmaterialien unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung und damit für viele verschiedene marktübliche Lithium-Ionen-Batterien“, erklärt Oleksandr Dolotko, Hauptautor der Publikation. pf
Was ist auf dem Foto zu sehen?
Das weiße Puder auf dem Foto ist Lithiumcarbonat (Li2CO3). Dahinter links das schwarze Pulver mit orangefarbenen Stücken ist die sogenannte "Schwarze Masse", die in der Industrie zu Beginn des Batterierecyclingprozesses anfällt. Das feine schwarze Pulver vorn rechts ist Graphit. Es wird für die Anode von Batterien verwendet. Die rot-orangen Körnchen sind Kobaltsulfat (CoSO4)-Salz, das normalerweise nach dem Recycling gewonnen und für die Synthese von Kathoden verwendet wird. Das blaue Pulver ist Nickelsulfat (NiSO4) – ebenfalls ein Recycling-Produkt und Vorläufer für die Synthese von Kathoden. (Foto: Amadeus Bramsiepe, KIT)
