Lithium-Ionen-Akkus Batterien mit Ultraschall schneller und umweltfreundlicher recyceln

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Mit der zunehmenden Elektrifizierung der Gesellschaft steigt auch die Menge der Altbatterien, die recycelt werden müssen. Wissenschaftler der Königlichen Technischen Hochschule (KTH) in Stockholm haben eine neue Methode entwickelt, um wertvolle Metalle aus gebrauchten Lithium-Ionen-Akkus zu recyceln.

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Die KTH-Wissenschaftlerin Xiong Xiao verwendet Ultraschall in Kombination mit Essig- und Zitronensäure anstelle von Schwefelsäure, um die Metalle aus Akkus zu extrahieren.
Die KTH-Wissenschaftlerin Xiong Xiao verwendet Ultraschall in Kombination mit Essig- und Zitronensäure anstelle von Schwefelsäure, um die Metalle aus Akkus zu extrahieren.
(Bild: Peter Ardell)

Ist es möglich, Metalle aus einem Lithium-Ionen-Akku in der Hälfte der Zeit zu extrahieren, die normalerweise benötigt wird? Ist es möglich, für den Extraktionsprozess Säuren zu verwenden, die in den meisten Haushalten weltweit üblich sind? Die Antwort lautet: Ja. Wissenschaftler der Königlichen Technischen Hochschule (KTH) in Stockholm haben einen Weg gefunden. Die Wissenschaftlerin Xiong Xiao, Postdoc in der Abteilung für polymere Materialien an der KTH, erklärt in einem wissenschaftlichen Beitrag in „Green Chemistry“, wie das Verfahren mit Hilfe von Ultraschall funktioniert.

„Wir führen die Metallextraktion in der Hälfte der Zeit durch, die sie normalerweise dauert, und wir entfernen mehr Metallionen als in der wissenschaftlichen Literatur angegeben. Bei der Extraktion verwenden wir milde Säuren wie Essig- und Zitronensäure anstelle von Schwefelsäure, was aus Sicht der Arbeitsumgebung und der nachhaltigen Entwicklung sehr vorteilhaft ist“, erklärt Xiong Xiao.

Neunundneunzig Prozent recycelt

Die Wissenschaftler haben mit NMC-Akkus (Nickel-Mangan-Cobalt) gearbeitet, den weltweit am häufigsten verwendeten Lithium-Ionen-Akkus. Den Wissenschaftlern ist es dabei gelungen, bis zu 99 Prozent des Metalls in den Batterien zu extrahieren.

„Mit Ultraschall hat Xiong Xiao einen Weg gefunden, um auf die normalerweise verwendeten Chemikalien wie starke Säuren zu verzichten, die kaum handhabbar sind“, erläutert Richard Olsson, wissenschaftlicher Mitarbeiter und Dozent an der Abteilung für polymere Materialien der KTH. „Sie hat umfangreiche Untersuchungen durchgeführt, um zu verstehen, bei welchen Temperaturen und Konzentrationen der milderen Säuren der Ultraschall bei der Extraktion am besten helfen kann.“

Die Bedeutung des Ultraschalls

Olsson fügt hinzu, dass die Extraktion „rückstandsschichtmigrationsgesteuert“ ist, was bedeutet, dass sich der Engpass für die Extraktion an der Grenzfläche der Körner in den zerkleinerten Batterien befindet. Das heißt, dass der Ultraschall hier von großer Bedeutung ist.

„Nachdem wir nun über diese neue Methode berichtet haben, können sich die Wissenschaftler in Zukunft darauf konzentrieren, den Ultraschall für diese spezielle Schnittstelle noch weiter zu optimieren. Zum Beispiel mit verschiedenen Intensitäts- und Frequenzstufen, um eine noch schnellere Extraktion der wichtigen und teuren Metalle, die wir recyceln wollen, zu erreichen.“

Die Arbeit von Xiong Xiao ist Teil des Perli-Projekts (Process for Efficient Recycling of Lithium Ion Batteries) 48228-1, das von der schwedischen Energieagentur finanziert wird. Ein weiterer Geldgeber ist der Zellfertiger Northvolt.

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