Cigdem Simsek
Ein chinesisches Forschungsteam hat ein Recyclingverfahren für Lithiumionen-Akkus entwickelt, das ohne aggressive Chemikalien auskommt. Mithilfe der Aminosäure Glycin und einem Batterieeffekt lösen sich wertvolle Metalle in einer neutralen Lösung innerhalb weniger Minuten. Das Verfahren ist umweltfreundlicher und könnte sich als kostengünstige Alternative zu bisherigen Methoden etablieren.
Neue Recyclingmethode mit neutraler Lösung
Lithiumionen-Akkus finden sich in Smartphones, Tablets und Elektrofahrzeugen. Zudem spielen sie eine wichtige Rolle als Speicher für erneuerbare Energien. Mit der steigenden Nutzung dieser Energiespeicher nimmt auch die Menge an ausgedienten Akkus zu. Das Recycling dieser Batterien kann helfen, wertvolle Rohstoffe wie Lithium, Cobalt, Nickel und Mangan wiederzugewinnen und gleichzeitig die Umweltbelastung zu senken.
Herkömmliche Recyclingverfahren beruhen häufig auf säure- oder ammoniakhaltigen Prozessen. Diese bringen jedoch Umwelt- und Sicherheitsrisiken mit sich. Forschende der Central South University in Changsha sowie weiterer chinesischer Institutionen haben nun eine Methode entwickelt, die mit einer neutralen Lösung arbeitet. Entscheidend für den Erfolg dieses Verfahrens ist die Aminosäure Glycin.
Mikro-Batterien helfen beim Aufschluss des Kathodenmaterials
Forschungsteam um Lei Ming, Xing Ou und Zhen Yao setzte auf eine besondere Strategie: Es erzeugte winzige „Mikro-Batterien“ innerhalb der Reaktionslösung. Dazu wurden Partikel des verbrauchten Kathodenmaterials, Nickel-Cobalt-Mangan-Oxid (NCM), mit einem Eisen(II)-salz, Natriumoxalat und Glycin in einer neutralen Flüssigkeit gemischt.
Dabei bildete sich eine feine Schicht aus Eisen(II)-oxalat auf den Partikeln. Diese Beschichtung wirkte als Anode, während die NCM-Kerne als Kathode fungierten. So entstand ein Batterieeffekt, der eine elektrochemische Reaktion in Gang setzte. Elektronen wurden leicht zwischen den Reaktionspartnern übertragen. Dabei oxidierten Eisen(II)-Ionen zu Eisen(III), während Sauerstoffionen aus den oxidischen NCM-Partikeln mit Wasser zu Hydroxidionen reagierten. Diese Reaktion führte dazu, dass die NCM-Schichten aufbrachen und die enthaltenen Metall-Ionen in die Lösung freigesetzt wurden.
Hohe Recyclingrate innerhalb von 15 Minuten
Ein weiterer entscheidender Faktor war die Rolle des Glycins. Diese Aminosäure stabilisierte den pH-Wert der Lösung im neutralen Bereich. Das war wichtig, um unerwünschte Nebenreaktionen zu vermeiden. Darüber hinaus bildete Glycin mit den gelösten Metall-Ionen Komplexverbindungen. So konnte das Recycling der wertvollen Metalle gezielt gesteuert werden.
Das Verfahren zeigte hohe Effizienz: Innerhalb von nur 15 Minuten ließen sich 99,99% des Lithiums, 96,86% des Nickels, 92,35% des Cobalts und 90,59% des Mangans aus den alten Kathoden extrahieren.
Umweltfreundlicher und kostengünstiger
Diese Methode könnte eine nachhaltige Alternative zu den bisher verwendeten säurebasierten Verfahren sein. Die Vorteile liegen laut Forschungsteam auf der Hand: Es entstehen kaum schädliche Gase, die Energiekosten sind geringer und das Glycin-haltige Abwasser könnte sogar als Dünger weiterverwendet werden.
Durch den Verzicht auf aggressive Chemikalien wird das Recycling sicherer und umweltverträglicher. Falls es gelingt, dieses Verfahren in großem Maßstab umzusetzen, könnte es dazu beitragen, den Kreislauf von Lithiumionen-Akkus effektiver zu schließen und wertvolle Ressourcen zu schonen.
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