Forscher der Technischen Universität Chalmers haben ein neues und effizientes Verfahren zum Recycling von Metallen aus Elektrofahrzeugbatterien entwickelt. Mit diesem Verfahren lassen sich 100 % des Aluminiums und 98 % des Lithiums aus gebrauchten EV-Batterien zurückgewinnen. Dadurch werden Verluste wertvoller Rohstoffe wie Nickel, Kobalt und Mangan minimiert. Das Verfahren kommt ohne teure oder schädliche Chemikalien aus, da die Forscher Oxalsäure verwenden, eine Säure, die auch in Pflanzen vorkommt.
Bislang ist es niemandem gelungen, geeignete Bedingungen zu finden, um diese Menge Lithium mithilfe von Oxalsäure abzutrennen und dabei das gesamte Aluminium zu entfernen. Leah Rouquette, Doktorandin am Institut für Chemie und Chemieingenieurwesen der Technischen Universität Chalmers, erklärte, da alle Batterien Aluminium enthalten, müsse es möglich sein, dieses zu entfernen, ohne andere Metalle zu verlieren.
Im Batterierecyclinglabor der Technischen Universität Chalmers demonstrierten Leah Rouquette und Forschungsleiterin Martina Petranikova die Funktionsweise des neuen Verfahrens. Das Labor enthielt gebrauchte Autobatterien, und in einem Abzug befand sich zerkleinertes Material in Form eines fein gemahlenen schwarzen Pulvers, gelöst in einer klaren Flüssigkeit – Oxalsäure. Leah Rouquette verwendet ein Gerät, das einem Küchenmixer ähnelt, um Flüssigkeiten und Pulver zu vermischen. Obwohl es so einfach aussieht wie Kaffeekochen, ist die Methode einzigartig und ein kürzlich veröffentlichter wissenschaftlicher Durchbruch. Durch die präzise Abstimmung von Temperatur, Konzentration und Zeit entwickelten die Forscher ein neues Rezept mit Oxalsäure, einem umweltfreundlichen Inhaltsstoff, der auch in Pflanzen wie Rhabarber und Spinat vorkommt.
Alternativen zu den heutigen anorganischen Chemikalien sind erforderlich. Zudem stellt die Entfernung von Reststoffen wie Aluminium einen der größten Engpässe in modernen Verfahren dar. Martina Petranikova, außerordentliche Professorin am Institut für Chemie und Chemieingenieurwesen der Technischen Universität Chalmers, erklärte, dies sei ein innovativer Ansatz, der der Recyclingindustrie neue Alternativen eröffnen und zur Lösung von Entwicklungshemmnissen beitragen könne.
Flüssigkeitsbasierte Verarbeitungsverfahren werden als Hydrometallurgie bezeichnet. Bei der traditionellen Hydrometallurgie werden zunächst Verunreinigungen aus Materialien wie Aluminium und Kupfer entfernt, bevor wertvolle Metalle wie Lithium, Kobalt, Nickel und Mangan verwendet werden können. Obwohl nur geringe Mengen an Aluminium und Kupfer zurückbleiben, sind mehrere Reinigungsstufen erforderlich, und jede Stufe des Prozesses führt zu einem Verlust. Bei dem neuen Verfahren haben die Forscher den Trennprozess verändert und trennen das Lithium zunächst vom Aluminium. Dadurch lässt sich der Abfall an Edelmetallen, der für die Herstellung neuer Batterien benötigt wird, reduzieren.
Auch die zweite Hälfte des Prozesses – das Filtern der dunklen Mischung – erinnert an das Kaffeekochen. Während Aluminium und Lithium in die Flüssigkeit übergehen, verbleiben andere Metalle im Rückstand. Im nächsten Schritt werden Aluminium und Lithium abgetrennt.
„Da diese Metalle sehr unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, gehen wir davon aus, dass ihre Trennung unkompliziert sein wird. Unser neues Verfahren eröffnet vielversprechende neue Wege für das Batterierecycling, die wir mit großem Interesse weiter erforschen werden“, so Leah Rouquette. „Da sich das Verfahren auch im großen Maßstab anwenden lässt, hoffen wir, dass es in den kommenden Jahren in der Industrie Anwendung finden wird“, ergänzt Martina Petranikova.
Die Forschungsgruppe von Martina Petranikova leistet seit vielen Jahren Pionierarbeit im Bereich des Metallrecyclings von Lithium-Ionen-Batterien. Die Gruppe kooperiert mit Unternehmen, die sich mit dem Recycling von Batterien für Elektrofahrzeuge befassen, und ist Partner in bedeutenden Forschungs- und Entwicklungsprojekten wie dem Nybat-Projekt von Volvo Cars und Northvolt.
Weitere Informationen zur Studie: Der wissenschaftliche Artikel „Vollständig selektive Lithiumgewinnung aus Lithium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge: Modellierung und Optimierung mit Oxalsäure als Laugungsmittel“ wurde in der Fachzeitschrift „Separation and Purification Technology“ veröffentlicht. Die Studie wurde von Leah Rouquette, Martina Petranikova und Natalia Vieceli vom Institut für Chemie und Chemieingenieurwesen der Technischen Universität Chalmers durchgeführt. Die Forschung wurde von der Schwedischen Energieagentur, der Schwedischen Batteriebasis und Vinnova finanziert. Die Experimente wurden mit gebrauchten Elektrofahrzeugbatterien von Volvo Cars durchgeführt, die von Stena Recycling und Akkuser Oy aufbereitet wurden.
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