Forscher der Cornell University haben eine innovative Technologie entwickelt, die es ermöglicht, bis zu 95 % der ursprünglichen Kapazität abgenutzter Lithium-Ionen-Batterien wiederherzustellen. Die neue Methode, genannt „Direkte Elektrode-zu-Elektrode-Regeneration“, verzichtet auf das herkömmliche mechanische Zerkleinern und die Aufarbeitung von Komponenten und bietet somit einen effizienteren und nachhaltigeren Recyclingansatz.</p>
Ursache für die Degradation von Akkumulatoren</h3>
Der Hauptfaktor für den Kapazitätsverlust bei Lithium-Ionen-Batterien ist die progressive Verdickung der Zwischenschicht zwischen Elektrolyt und Elektrode. Obwohl die Elektroden konstruktiv intakt bleiben, erhöht diese Schicht den inneren Widerstand und verringert die Effizienz der Batterie, was sie für den Einsatz in Elektrofahrzeugen oder Energiespeichersystemen unbrauchbar macht.</p>
Herkömmliche Recyclingmethoden erfordern die Demontage, das Zerkleinern und die Gewinnung wertvoller Rohstoffe wie Lithium, Nickel, Kobalt, Mangan, Kupfer und Aluminium durch pyrometallurgische oder hydrometallurgische Prozesse. Der neue Ansatz der Cornell-Wissenschaftler lässt die Elektroden unversehrt.</p>
Elektrochemischer Regenerationsprozess</h3>
Bei dem neuen Verfahren werden die zerlegten Batterien in eine elektrochemische Lösung mit 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon getaucht. Diese Lösung entfernt die verdickte Zwischenschicht, ohne die Elektrode selbst zu beschädigen. Nach der Behandlung bildet sich eine dünne Schicht aus Lithiumfluorid, die die Oberfläche stabilisiert und eine erneute Ablagerung verhindert.</p>
„Wir reparieren die Elektroden so, wie sie sind, ohne sie zu zerkleinern oder zu mahlen, und setzen sie dann in eine neue Batterie ein. Erst das Auflösen der Schicht ermöglicht die Wiederherstellung der Kapazität auf bis zu 95 %“, erklärt Prof. Vibha Kalra vom Fachbereich für Chemieingenieurwesen an der Cornell University.</p>
Wirtschaftliche und ökologische Vorteile</h3>
Eine mit Software des ReCell Center am Argonne National Laboratory durchgeführte Analyse zeigt, dass die Methode die Produktionskosten für recycelte Batteriezellen um etwa 56 % senken kann. Die Technologie reduziert zudem den Wasserverbrauch und die Emissionen von Schadstoffen im Vergleich zu konventionellen Methoden.</p>
Die Forscher haben festgestellt, dass der Prozess mehrfach angewendet werden kann. Nach einem zweiten Regenerationszyklus behält die Batterie etwa 90 % ihrer ursprünglichen Kapazität. Derzeit ist die Technologie für Batterien mit einem Erhaltungsgrad zwischen 70 % und 80 % anwendbar, was typisch für ausgemusterte Akkumulatoren von Elektrofahrzeugen ist.</p>
Zukünftige Ziele</h3>
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Der nächste Schritt des Teams besteht darin, die Anwendung der Methode auf Batterien mit einem höheren Degradationsgrad auszuweiten, einschließlich solcher, bei denen ein Lithiumverlust aufgetreten ist. Ein Erfolg in diesem Bereich würde Möglichkeiten für einen großflächigen Einsatz der Technologie in industriellen Energiespeichersystemen eröffnen.</p>