Lithium-Ionen-Akkus sind in einer Vielzahl moderner Geräte, darunter Smartphones, Laptops und Elektroautos, unverzichtbar geworden. Leider verlieren diese Akkus nach mehreren Ladezyklen an Effizienz und müssen letztlich recycelt werden. Ein Forscherteam hat jetzt eine Methode entwickelt, die den Recyclingprozess grundlegend transformieren könnte. Statt alte Akkus vollständig zu zerlegen, liegt der Fokus dieser innovativen Technik darauf, zentrale Komponenten direkt wiederzuverwenden. Dies könnte nicht nur die Kosten senken, sondern auch den Energieverbrauch während des Recyclingvorgangs erheblich verringern.
Neuer Ansatz zur Elektrodenwiederverwertung
Die Forschung stammt von einem Team der Cornell University in den USA. Die Wissenschaftler haben ein Verfahren mit dem Namen „Direct Electrode-to-Electrode Regeneration“ (DEER) ins Leben gerufen, das die direkte Regeneration von Elektrode zu Elektrode beschreibt. Diese Elektroden spielen eine entscheidende Rolle in Lithium-Ionen-Akkus, da sie die elektrischen Ladungen während der Lade- und Entladevorgänge transportieren. Ziel der Forscher ist es, diese Elektroden zu erhalten und wiederaufzubereiten, anstatt sie wie in herkömmlichen Verfahren zu zerstören.
Herausforderungen bei der Rohstoffverfügbarkeit und Recyclingmethoden
Ein wichtiger Aspekt der Forschung ist die Sorge um die nachhaltige Verfügbarkeit essenzieller Rohstoffe. Vibha Kalra, die Projektleiterin und Professorin für Chemieingenieurwesen an der Cornell University, betont, dass die Mineralien, die für Lithium-Ionen-Akkus benötigt werden, in der Erdkruste begrenzt sind. Sie beschreibt den bestehenden Recyclingprozess als „Akt brutaler Gewalt“, da alte Akkus oft zerschlagen oder eingeschmolzen werden. Dabei werden Rohstoffe wie Lithium, Nickel und Kobalt zurückgewonnen, die jedoch erneut verarbeitet werden müssen, um neue Batterien zu produzieren. Der DEER-Ansatz verfolgt hingegen eine Strategie, die darauf abzielt, die vorhandenen Komponenten so lange wie möglich zu nutzen.
Ursachen für den Leistungsverlust von Akkus
Der Leistungsverlust von Lithium-Ionen-Akkus resultiert nicht nur aus dem vollständigen Verschleiß der Materialien. Im Laufe der Zeit entstehen im Inneren der Batterie Ablagerungen. Das Cornell-Team verweist auf die „Solid Electrolyte Interphase“ (SEI), eine dünne Schicht, die sich während der Nutzung auf den Elektroden bildet. Während eine kleine Menge dieser Schicht notwendig und normal ist, verdickt sie sich mit der Zeit und beeinträchtigt die chemischen Prozesse im Akku, was zu einem Rückgang der Kapazität und einer verkürzten Lebensdauer führt.
Der Regenerationsprozess im Detail
Um diese Ablagerungen zu beseitigen, entnehmen die Forscher die Elektroden aus alten Batterien und tauchen sie in eine spezielle chemische Lösung, die die Verbindung 1,3-Dimethyl-2-Imidazolidinon (DMI) enthält. Diese Lösung zielt darauf ab, die störenden Ablagerungen zu entfernen, ohne die Elektroden selbst zu beschädigen. Nach der Behandlung konnten Batterien, die zuvor nur 70 bis 80 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität erreicht hatten, wieder auf bis zu 95 Prozent ihrer Leistung zurückgeführt werden.
Langfristige Vorteile regenerierter Akkus
Die regenerierten Akkus zeigten in den durchgeführten Tests nicht nur eine gesteigerte Kapazität, sondern auch eine verlangsamte Alterung. Unbehandelte Batterien verloren pro Ladezyklus im Durchschnitt 0,072 Prozent ihrer Kapazität, während dieser Wert bei den mit DEER behandelten Zellen lediglich 0,042 Prozent betrug. Diese Ergebnisse wurden über einen Zeitraum von etwa 800 Ladezyklen dokumentiert. Zudem ist es bemerkenswert, dass eine bereits regenerierte Batterie ein zweites Mal behandelt werden kann, was ihr ermöglicht, erneut etwa 90 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität zu erreichen. Dies lässt darauf schließen, dass das Verfahren die nutzbare Lebensdauer von Batterien unter bestimmten Bedingungen mehrfach verlängern könnte.
Vergleich zu traditionellen Recyclingmethoden
Ein entscheidender Unterschied zu gegenwärtigen Recyclingverfahren besteht im Umgang mit den Batterien. Bei herkömmlichen Methoden werden Batterien oft zu einer dunklen Masse, bekannt als „Black Mass“, zerkleinert. Diese Masse enthält wertvolle Rohstoffe wie Lithium, Nickel und Kobalt, die später zurückgewonnen werden können. Dabei gehen allerdings die ursprünglichen Komponenten der Batterie verloren. Das Forschungsteam aus Cornell beabsichtigt, genau dies zu vermeiden und betrachtet die Batterie nicht nur als Rohstoffquelle, sondern auch als ein Produkt, dessen einzelne Teile repariert und wiederverwendet werden können.
Quellen: techbook, Bild
Dieser Text wurde mit Hilfe von künstlicher Intelligenz in Zusammenarbeit mit unserer Redaktion erstellt.
