70 Prozent Lithiumausbeute durch neues Akku-Recycling-Verfahren

Schon jetzt fallen aus alten Elektroautos und vielen anderen Verwendungen wie Smartphones, Tablets und Spielzeugen immer größere Mengen entlade­ner Akkus an. Mit der bevorstehenden Energiewende wird diese Zahl weiter steigen. Gleichzeitig nimmt die Notwendigkeit zu, die darin enthaltenen Roh­stoffe zu recyceln, denn ihre Gewinnung ist oft aufwendig und sehr teuer. Dies gilt insbesondere für das in der Natur nicht isoliert vorkommende Lithium. Umso wichtiger ist eine Wiedergewinnung des Materials aus Altbatterien.

Mit den bislang gängigen Verfahren werden vor allem die Materialien Kobalt, Nickel, Aluminium, Kupfer und Stahl recycelt. Die Wiedergewinnung von Lithium mit den bisher verfügbaren, meist metallurgischen Verfahren verur­sacht dagegen noch hohe Kosten und ist oft sehr energieintensiv. Bei man­chen der Verfahren entstehen (zusätzlich) umweltschädigende Nebenpro­dukte.

Gleich drei Vorteile bietet nun ein neues Verfahren zur Wiedergewinnung von Lithium aus Altbatterien, das gegenwärtig im Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickelt wird: Es ist umweltverträglich, kostengünstig und energieeffizi­ent. Das Verfahren verspricht, bis zu 70 Prozent des Rohstoffs zurückzugewin­nen, und basiert auf einer Kombination aus chemischen Reaktionen und me­chanischen Prozessen.

Mechanochemisches Verfahren

Bei dem neuen Verfahren werden chemische Reaktionen mittels mechani­scher Prozesse herbeigeführt; entwickelt wurde es in einer Kooperation des Instituts für Angewandte Materialien – Energiespeichersysteme (IAM-ESS) des KIT mit dem Helmholtz-Institut Ulm für Elektrochemische Energiespeicherung (HIU) sowie der EnBW Energie Baden-Württemberg, wobei das Helmholtz-Institut Ulm seinerseits auf einer Zusammenarbeit der Universität Ulm mit dem KIT beruht.

Wie Dr. Oleksandr Dolotko, Hauptautor des in der Zeitschrift Nature Communi­cations Chemistry veröffentlichten Artikels über das neue Verfahren, erklärt, kann damit Lithium auf eine gleichermaßen energie- wie kostensparende Weise wiedergewonnen werden, die zudem auf den Einsatz korrosiver Chemi­kalien verzichtet. Ein weiterer Vorteil der Methode liege, so der beim IAM-ESS und HIU tätige Dolotko, in dem geringeren Aufwand, der im Vorfeld des Recyclings betrieben werden muss: Die Materialien bräuchten vorher nicht sortiert zu werden.

Ein Verfahren für verschiedene Kathodenmaterialien

Da die neue Recycling-Methode von Lithium auf Kathodenmaterialien mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung anwendbar ist, kann sie zudem bei zahlreichen marktüblichen Lithium-Ionen-Akkus flexibel eingesetzt werden. Bei der mechanochemischen Reaktion wird das in der Kathode ent­haltene Aluminium als Reduktionsmittel verwendet ‒ es braucht also kein zu­sätzliches Material zugeführt zu werden.

Ablauf der Reaktion denkbar einfach

Bei dem Verfahren werden die gesammelten Altakkus in einem ersten Schritt zermahlen. Anschließend werden mittels einer Reaktion mit Aluminium metalli­sche Verbundwerkstoffe erzeugt, die über wasserlösliche Lithiumverbindungen verfügen. Nachdem diese dann in Wasser aufgelöst und das Wasser anschließend erhitzt wird, bis es verdampft, wird das Lithium schließlich wiedergewonnen. Der Ablauf der mechanochemischen Reaktion ist denkbar einfach und zudem besonders energieeffizient, da die Re­aktion bei Zimmertemperatur und -druck abläuft.

Quelle: elektronikpraxis.de, Thomas Kuther, 28.03.2023
Bild: Amadeus-Bramsiepe-KIT