Ein von Forschern des Worcester Polytechnic Institute (WPI) entwickelter neuer Recyclingansatz für Lithium-Ionen-Batterien könnte dazu beitragen, dass Batterieabfälle zu einer wertvollen Quelle für Hochleistungsmaterialien werden. Im Rahmen einer Studie wandelte ein Forscherteam gemischte Batterieabfälle in Upcycling-Materialien für Kathode und Anode um. Die daraus hergestellten Pouch-Zellen hatten eine längere Lebensdauer als Zellen, die aus handelsüblichen Materialien hergestellt wurden.
Derzeitige Recyclingverfahren konzentrieren sich meist auf die Rückgewinnung von Kathodenmaterialien und gemischter Batterieabfall lässt sich oft nur schwer zu hochwertigen Produkten verarbeiten. Das Team entwickelte einen Ansatz, der sowohl die aus Batterieabfällen zurückgewonnenen Kathoden- als auch die Graphitmaterialien aufwertet.
Die Forscher wandeln gemischte, nickelarme Kathodenmaterialien in eine Hochleistungskathode namens NMC622 um. Außerdem reinigten und modifizierten sie das zurückgewonnene Graphit, um Anodenmaterial in Batteriequalität herzustellen. Tests ergaben einen verbesserten Lithium-Ionen-Transport und eine höhere Zyklenstabilität in der Kathode sowie eine bessere Grenzflächenkinetik und Haltbarkeit in der Graphitanode.
Anschließend baute das Team komplette Pouch-Zellen zusammen, wobei ausschließlich die upgecycelten Kathoden- und Anodenmaterialien verwendet wurden. Die Zellen wiesen weniger Nebenreaktionen auf und hatten eine etwa doppelt so lange Zyklenlebensdauer wie Zellen aus handelsüblichen Materialien: Nach 2.590 Zyklen behielten sie noch 70 % ihrer Kapazität bei.
Die Forscher bewerteten zudem die potenziellen wirtschaftlichen und ökologischen Vorteile des Verfahrens. Ihre Analysen ergaben, dass damit mehr als 95 % der Abfallstoffe verwertet, die Rentabilität um 22,9 % gesteigert sowie die Treibhausgasemissionen um 27 % und der Energieverbrauch um 29,4 % im Vergleich zum Referenz-Recyclingverfahren gesenkt werden können. (jr)
