1. Umweltprobleme nach dem Recycling von Lithiumeisenphosphat
Der Markt für das Recycling von Antriebsbatterien ist riesig, und nach Angaben einschlägiger Forschungsinstitute wird die kumulierte Menge ausgemusterter Antriebsbatterien in China bis 2025 voraussichtlich 137,4 MWh erreichen.
Nehmen Lithium-Eisenphosphat-BatterienBeispielsweise gibt es im Wesentlichen zwei Möglichkeiten für das Recycling und die Nutzung von ausgedienten Antriebsbatterien: die Kaskadennutzung und die Demontage und das Recycling.
Bei der Kaskadennutzung handelt es sich um die Verwendung von Lithium-Eisenphosphat-Akkumulatoren mit einer Restkapazität zwischen 30 % und 80 % nach Demontage und Rekombination und deren Anwendung in Bereichen mit niedriger Energiedichte, wie z. B. der Energiespeicherung.
Demontage und Recycling, wie der Name schon sagt, bezieht sich auf die Demontage von Lithium-Eisenphosphat-Akkumulatoren, wenn die verbleibende Kapazität weniger als 30 % beträgt, und die Rückgewinnung ihrer Rohstoffe, wie Lithium, Phosphor und Eisen in der positiven Elektrode.
Die Demontage und das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien können den Abbau neuer Rohstoffe reduzieren und so die Umwelt schonen. Darüber hinaus haben sie einen großen wirtschaftlichen Wert, da sie die Kosten für den Abbau, die Herstellung, die Arbeitskräfte und die Einrichtung von Produktionslinien erheblich senken.
Die Demontage und das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien umfassen im Wesentlichen folgende Schritte: Zunächst werden die Altbatterien gesammelt und sortiert, anschließend demontiert und schließlich die Metalle getrennt und aufbereitet. Die so gewonnenen Metalle und Materialien können zur Herstellung neuer Batterien oder anderer Produkte verwendet werden, wodurch die Kosten erheblich gesenkt werden.
Doch nun stehen auch eine Reihe von Batterierecyclingunternehmen, darunter die Tochtergesellschaft Guangdong Bangpu Circular Technology Co., Ltd. der Ningde Times Holding Co., Ltd., vor einem schwierigen Problem: Beim Batterierecycling entstehen giftige Nebenprodukte und Schadstoffe. Der Markt benötigt dringend neue Technologien, um die Umweltbelastung und Toxizität des Batterierecyclings zu reduzieren.
2. LBNL hat neue Materialien gefunden, um die Umweltprobleme nach dem Batterierecycling zu lösen.
Kürzlich gab das Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) in den Vereinigten Staaten bekannt, dass es ein neues Material gefunden hat, mit dem sich Lithium-Ionen-Batterien ausrangieren können – und zwar nur mit Wasser.
Das Lawrence Berkeley National Laboratory wurde 1931 gegründet und wird von der University of California im Auftrag des Wissenschaftsbüros des US-Energieministeriums betrieben. Es hat 16 Nobelpreise gewonnen.
Das vom Lawrence Berkeley National Laboratory entwickelte neue Material heißt Schnellbindemittel. Lithium-Ionen-Akkus aus diesem Material sind leicht zu recyceln, umweltfreundlich und ungiftig. Sie müssen lediglich zerlegt, in alkalisches Wasser gegeben und leicht geschüttelt werden, um die benötigten Elemente zu trennen. Anschließend werden die Metalle aus dem Wasser gefiltert und getrocknet.
Im Vergleich zum derzeitigen Lithium-Ionen-Recycling, bei dem die Batterien zerkleinert und anschließend zur Metall- und Elementtrennung verbrannt werden, weist dieses Verfahren erhebliche toxische Eigenschaften und eine schlechte Umweltbilanz auf. Das neue Material ist im Vergleich dazu völlig anders.
Ende September 2022 wurde diese Technologie von den R&D 100 Awards als eine der 100 revolutionären Technologien ausgewählt, die 2022 weltweit entwickelt wurden.
Bekanntermaßen bestehen Lithium-Ionen-Batterien aus positiven und negativen Elektroden, einem Separator, Elektrolyt und Strukturmaterialien. Wie diese Komponenten in Lithium-Ionen-Batterien kombiniert werden, ist jedoch nicht genau bekannt.
Bei Lithium-Ionen-Batterien ist der Klebstoff ein entscheidendes Material, das die Batteriestruktur aufrechterhält.
Der von Forschern des Lawrence Berkeley National Laboratory entdeckte neue Schnellbindemittel besteht aus Polyacrylsäure (PAA) und Polyethylenimin (PEI), die durch Bindungen zwischen positiv geladenen Stickstoffatomen im PEI und negativ geladenen Sauerstoffatomen im PAA miteinander verbunden sind.
Wird der Schnelllösebinder in alkalisches Wasser mit Natriumhydroxid (Na⁺OH⁻) gegeben, dringen die Natriumionen schlagartig in die Klebestelle ein und trennen die beiden Polymere. Die getrennten Polymere lösen sich in der Flüssigkeit auf und setzen so eventuell eingebettete Elektrodenkomponenten frei.
Hinsichtlich der Kosten liegt der Preis dieses Klebstoffs bei der Herstellung von positiven und negativen Elektroden für Lithiumbatterien bei etwa einem Zehntel des Preises der beiden am häufigsten verwendeten Klebstoffe.
Veröffentlichungsdatum: 25. April 2023