Forscher wollen Elektroden von E-Auto-Batterien regenerieren statt recyceln
Der Ansatz unterscheidet sich grundlegend von etablierten Recyclingverfahren. Aktuell werden ausgediente Lithium-Ionen-Batterien in der Regel vollständig zerlegt und mechanisch zerkleinert. Die dabei entstehende Schwarzmasse wird anschließend chemisch oder thermisch verarbeitet, um Rohstoffe wie Lithium, Nickel oder Kobalt zurückzugewinnen. Diese Materialien müssen danach erneut zu Elektrodenmaterialien aufbereitet werden.
Das von der Cornell University entwickelte Verfahren mit dem Namen Direct Electrode-to-Electrode Regeneration (DEER) soll deutlich früher ansetzen. Statt die Batterien zu schreddern, werden die Zellen kontrolliert geöffnet und die Elektroden entnommen. Anschließend werden diese in einer elektrochemischen Lösung behandelt, welche die sogenannte Solid Electrolyte Interphase (SEI) entfernt. Das ist die Schicht, die sich während des Batteriebetriebs bildet und den Innenwiderstand erhöht. Laut den Forschern bleibt die eigentliche Elektrodenstruktur dabei erhalten. Im Detail vorgestellt haben sie ihr Verfahren Anfang Juni im Fachjournal „Energy and Environmental Science“.
In Versuchen mit Batterien, die noch über 70 bis 80 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität verfügten, erreichte das Verfahren nach Angaben der Universität eine Wiederherstellung auf bis zu 95 Prozent der ursprünglichen Kapazität. Eine begleitende technoökonomische Analyse kommt zudem zu dem Ergebnis, dass sich die Aufbereitungskosten gegenüber konventionellen Recyclingverfahren um 56 Prozent reduzieren könnten. Gleichzeitig könnten so Wasserverbrauch und Luftschadstoffemissionen sinken.
Allerdings befindet sich das Verfahren noch in einem frühen Entwicklungsstadium. Bislang liegen lediglich Ergebnisse aus Laborversuchen vor. Als nächsten Schritt wollen die Forschenden die Technologie an industriellen Batterien erproben und prüfen, ob sich der Ansatz auch auf weitere Alterungsmechanismen (z.B. den Verlust aktiven Lithiums) übertragen lässt.
Offen bleibt allerdings, für welche Batterietypen und Zellchemien sich das Verfahren künftig eignet. Die bislang veröffentlichten Ergebnisse beziehen sich nur auf Laborversuche mit Batterien, deren Elektrodenstruktur noch intakt war. Ob sich das Verfahren auch bei stärker gealterten Batterien wirtschaftlich anwenden lässt oder für unterschiedliche Zellchemien gleichermaßen geeignet ist, geht aus der Studie nicht hervor. Außerdem bleibt offen, wann der Ansatz den Sprung vom Labor in den industriellen Maßstab schaffen könnte.
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