Lithium-Ionen-Batterien stehen im Zentrum der Energiewende und treiben sowohl Mobiltelefone als auch Elektrofahrzeuge an. Allerdings könnte die steigende Nachfrage nach Lithium das Angebot bald übersteigen, verschärft durch das Ziel der Kohlenstoffneutralität und geopolitische Spannungen. Derzeit ist das Recycling von Lithium ineffizient und umweltschädlich, da herkömmliche Methoden oft nur weniger als 5 % des Metalls zurückgewinnen können.
Forscher der Rice University, unter der Leitung von Pulickel Ajayan, haben eine revolutionäre Methode entwickelt, um Lithium aus Batterieabfällen zu extrahieren, indem sie Mikrowellen und ein biologisch abbaubares Lösungsmittel verwenden. Diese Technik ermöglicht die Rückgewinnung von bis zu 50 % des Lithiums in nur 30 Sekunden, was einen bedeutenden Fortschritt gegenüber traditionellen Verfahren darstellt. Die wissenschaftliche Zeitschrift
Advanced Functional Materials, die diese Studie veröffentlicht hat, betont, dass diese Innovation das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien verändern könnte.
Klassische Recyclingmethoden basieren oft auf aggressiven Säuren oder umweltfreundlichen Lösungsmitteln wie tief eutektischen Lösungsmitteln (DES), die sich als ineffizient und kostspielig erwiesen haben. Diese Verfahren sind zudem sehr energieaufwendig, da sie selten mehr als 5 % des Lithiums aufgrund von Verlusten und Verunreinigungen zurückgewinnen. Um diese Herausforderungen zu überwinden, hat das Team von Rice ein DES aus Cholinchlorid und Ethylenglykol ausgewählt, das in der Lage ist, Lithiumionen zu umgeben und sie in Lösung zu extrahieren.
Salma Alhashim, Hauptautorin der Studie, erklärt, dass Cholinchlorid, einer der DES-Komponenten, Mikrowellen effektiv absorbiert, was ermöglicht, die Mischung schnell zu erhitzen. Indem sie die Batterieabfälle in dieses Lösungsmittel tauchen und Mikrowellen aussetzen, gelang es den Forschern, das Lithium selektiv zu extrahieren und von anderen Metallen wie Kobalt oder Nickel zu trennen.
Die Verwendung von Mikrowellen für diesen Prozess ist vergleichbar mit einem Haushaltsmikrowellenofen, bei dem die Energie direkt auf die Moleküle übertragen wird und die Reaktion so beschleunigt wird. Diese Methode erreicht ähnliche Rückgewinnungsraten wie herkömmliche Methoden, jedoch in nur 15 Minuten anstelle von 12 Stunden mit einem Ölbad.
Einer der Hauptvorteile dieses Ansatzes ist die Stabilität des Lösungsmittels. Da ein Ölbad eine längere Behandlungszeit erfordert, beginnt sich das Lösungsmittel zu zersetzen, während dieses Problem durch die kurzen Heizzyklen der Mikrowellen vermieden wird. Dieser Fortschritt könnte den wirtschaftlichen und ökologischen Einfluss des Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien erheblich verbessern und eine nachhaltige Lösung für ein wachsendes globales Problem bieten.
Verfasser des Artikels: Cédric DEPOND
Quelle: Advanced Functional Materials