Akku-Recycling: Simples Verfahren gewinnt bis zu 76 Prozent des Lithiums wieder

Lithium-Ionen-Akkus sind aus unserem Leben kaum wegzudenken. Sie finden sich in Notebooks und Smartphones, Spielzeug, Fernsteuerungen und anderer Kleinelektronik, aber sie fungieren auch al Energiespeicher für die Elektromobilität. Die Rohstoffe für die Akkus sind allerdings nur begrenzt verfügbar. Dies gilt vor allem für Lithium, das weltweit begehrt und damit auch zunehmend wertvoller ist. Eine gute Lösung wäre es, das Lithium aus alten Lithium-Ionen-Akkus so gut es geht wiederzugewinnen. Forscherinnen gelang es nun, mittels eines simplen Verfahrens beeindruckende 76 Prozent des Lithiums aus alten Akkus zurückzugewinnen. Bei diesem Verfahren müssen die Akkus weder sortiert noch zerlegt werden.

Recycling für Lithium-Ionen-Akkus

Batterieabfälle werden auch heute bereits recycelt, allerdings werden dabei weitestgehend Nickel, Cobalt, Kupfer und Aluminium nebst Stahl zurückgewonnen. Die Rückgewinnung des Lithiums ist dagegen enorm aufwendig und teuer. Außerdem produzieren aktuelle Verfahren nur eine geringe Ausbeute. Es handelt sich zumeist um metallurgische Verfahren mit hohem Energieverbrauch, bei denen oft schädliche Nebenprodukte auftreten.

Forscherinnen rund um Erstautor Oleksandr Dolotko vom Karlsruher Institut für Technologie gelang es nun, ein Verfahren zu entwickeln, in dessen Rahmen das in Akkus enthaltene Lithium auf mechanochemische Weise zurückgewonnen werden kann.

„Das Verfahren eignet sich zur Rückgewinnung von Lithium aus Kathodenmaterialien unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung und damit für viele verschiedene marktübliche Lithium-Ionen-Batterien. s erlaubt ein kostengünstiges, energieeffizientes und umweltverträgliches Recycling,“ erklärt Dolotko.

Nur wenige, relativ einfache Schritte

Der erste Schritt des Verfahrens ist das Zermahlen des Akkus innerhalb einer Ballmühle. Die Lithiumverbindungen in der Batterie bekommen dabei verstärkten Kontakt mit dem Aluminium aus der Kathode. „Dieses als Kollektor in der Kathode eingesetzte Material dient als Reduktionsmittel„, erläutern die Forscher:innen. Das Aluminium reagiert dabei mit den gängigen Lithiumverbindungen der Akku-Kathode.

Nach drei Stunden des Mahlens ist ein Gemisch aus metallischen Komponenten sowie Lithiumoxid und Aluminiumoxid. Nun können magnetische Metalle wie etwa Eisen oder Kobalt unter Einsatz eines Magneten aus der Mischung entfernt werden. Anschließend lösen die Forscher:innen die Mischung in Wasser, filtern sie und rekristallisieren sie durch Verdampfen. Das Ergebnis ist die Entstehung von Lithiumcarbonat, das als Rohstoff verwendet wird, sowie ein Lithium-Aluminium-Hydroxyhydrat.

Als letztes wird das Pulver auf etwa 30 Grad erhitzt, wodurch das ein Lithium-Aluminium-Hydroxyhydrat zu Lithiumcarbonat und Aluminiumcarbonat reagiert. Wenn diese Stoffe dann wieder in Wasser gelöst werden, löst sich nur das Lithiumcarbonat. Das Aluminiumcarbonat bleibt fest und kann abgefiltert werden.

Effiziente und umweltfreundliche Rückgewinnung

Am Ende dieses Vorgangs erhalten die Forscher:innen reines Lithiumcarbonat, das dann als Ausgangsstoff für die Produktion neuer Lithium-Ionen-Akkus dienen kan. In ersten Tests konnte das Team mit dem mechanochemischen Verfahren zwischen 55 und 76 Prozent des in den Akkus enthaltenen Lithiums wiedergewinnen. Und das im Gegensatz zu andere Methoden ganz ohne den Einsatz von Säuren oder anderen korrosiven Chemikalien. Auch extrem hohe Temperaturen waren nicht nötig. Diese Faktoren machen das Verfahren umweltfreundlich und energiesparend.

Aber damit nicht genug. „Diese Methode ist nahezu universell einsetzbar, denn sie funktioniert mit allen zurzeit in Kathoden verwendeten Lithiumverbindungen und auch ihren Mischungen. Wenn sehr viele nichtreaktive Komponenten in der Mischung enthalten sind, erfordert dies nur eine längere Mahlzeit“, so die Forscher:innen.

Das Team geht davon aus, mit diesem Verfahren neue Chancen zum besseren Recycling von Lithium-Ionen-Akkus zu eröffnen. Die Methode kann zudem gut skaliert werden, da nur wenige und relativ unkomplizierte Schritte zur Rückgewinnung des Lithiums erforderlich sind. Bei entsprechender Skalierung könnte so dazu beigetragen werden, dass das Lithium aus Elektroautobatterien oder Notebook-Akkus in Zukunft effizient und umweltschonend wieder zurückzugewinnen und dann erneut zu verwerten.

via Karlsruher Institut für Technologie