Batterien wiederbeleben: Wissenschaftler entwickeln neue Wiederherstellungstechniken.

In vielen modernen Technologien, wie etwa Smartphones, Laptops und Elektroautos, kommen Lithium-Ionen-Akkus zum Einsatz. Diese Batterien verlieren jedoch im Laufe mehrerer Ladezyklen an Effizienz und müssen letztendlich recycelt werden. Ein Team von Forschern hat nun eine Methode entwickelt, die den Recyclingprozess revolutionieren könnte. Statt die alten Akkus vollständig auseinanderzunehmen, setzt die neue Technik darauf, wesentliche Komponenten direkt wiederzuverwenden. Dadurch könnten sowohl die Kosten gesenkt als auch der Energieverbrauch im Recycling drastisch reduziert werden.

Grundlagen der innovativen Regenerationstechnik

Die Forschung wurde von einem Team der Cornell University in den USA durchgeführt. Die Wissenschaftler haben einen neuen Ansatz namens “Direct Electrode-to-Electrode Regeneration” (DEER) ins Leben gerufen. Dieses Verfahren konzentriert sich auf die direkte Regeneration von Elektroden, die im Akku für den Transport elektrischer Ladungen während des Lade- und Entladevorgangs zuständig sind. Die Forscher streben an, diese Elektroden zu erhalten und sie wiederaufzubereiten, anstatt sie wie bisher zu zerstören.

Rohstoffverfügbarkeit und Herausforderungen des Recyclings

Ein wesentlicher Aspekt dieser Forschung ist die zunehmende Besorgnis über die langfristige Verfügbarkeit entscheidender Rohstoffe. Vibha Kalra, die Projektleiterin und Professorin für Chemieingenieurwesen an der Cornell University, macht darauf aufmerksam, dass die Mineralien, die für Lithium-Ionen-Akkus erforderlich sind, in der Erdkruste begrenzt sind. Der gegenwärtige Recyclingprozess wird von Kalra als “Akt brutaler Gewalt” bezeichnet, da alte Akkus häufig geschreddert oder eingeschmolzen werden. Bei diesem Verfahren werden Rohstoffe wie Lithium, Nickel und Kobalt zurückgewonnen, die anschließend erneut verarbeitet werden müssen, um neue Batterien zu produzieren. Der DEER-Ansatz verfolgt hingegen das Ziel, die bestehenden Komponenten möglichst lange in Gebrauch zu halten.

Ursachen des Leistungsverlusts bei Akkus

Der Leistungsverlust von Lithium-Ionen-Akkus resultiert nicht ausschließlich aus einem vollständigen Materialverschleiß. Vielmehr entstehen im Inneren der Batterie im Laufe der Zeit Ablagerungen. Das Cornell-Team nennt dieses Phänomen “Solid Electrolyte Interphase” (SEI), eine dünne Schicht, die sich während der Nutzung auf den Elektroden bildet. Eine geringe Menge dieser Schicht ist normal und notwendig, doch mit der Zeit wird sie dicker und beeinträchtigt die chemischen Prozesse im Akku. Dies führt zu einem Rückgang der Kapazität und verkürzt die Lebensdauer der Batterie.

Der Regenerationsprozess im Detail

Um die schädlichen Ablagerungen zu beseitigen, entnehmen die Forscher die Elektroden aus gebrauchten Batterien und bringen sie in Kontakt mit einer speziellen chemischen Lösung, die die Verbindung 1,3-Dimethyl-2-Imidazolidinon (DMI) enthält. Diese Lösung soll die störenden Ablagerungen entfernen, ohne die Elektroden selbst zu schädigen. Nach der Behandlung konnten Batterien, die zuvor lediglich 70 bis 80 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität aufwiesen, auf bis zu 95 Prozent regeneriert werden.

Langfristige Vorteile regenerierter Akkus

Die regenerierten Akkus verbesserten sich in den Tests nicht nur hinsichtlich ihrer Kapazität, sondern zeigten auch eine langsamere Alterung. Während unbehandelte Batterien pro Ladezyklus durchschnittlich 0,072 Prozent ihrer Kapazität verloren, lag dieser Wert bei den mit DEER behandelten Zellen nur bei 0,042 Prozent. Diese Ergebnisse wurden über einen Zeitraum von etwa 800 Ladezyklen dokumentiert. Zudem ist hervorzuheben, dass eine bereits regenerierte Batterie erneut behandelt werden kann, um erneut etwa 90 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität zu erreichen. Dies deutet darauf hin, dass das Verfahren die nutzbare Lebensdauer von Batterien unter bestimmten Bedingungen mehrfach verlängern könnte.

Vergleich zu herkömmlichen Recyclingmethoden

Ein entscheidender Unterschied zu den aktuellen Recyclingverfahren ist der Umgang mit den Batterien. In herkömmlichen Methoden werden Batterien oft zu einem dunklen Pulver, das als “Black Mass” bekannt ist, zerkleinert. Diese Masse enthält wertvolle Rohstoffe wie Lithium, Nickel und Kobalt, die später zurückgewonnen werden können. Allerdings gehen dabei die ursprünglichen Bauteile der Batterie verloren. Das Forschungsteam von Cornell möchte genau dies vermeiden und sieht die Batterie nicht nur als Rohstoffquelle, sondern auch als ein Produkt, dessen einzelne Komponenten repariert werden können.

---

Quellen: techbook, Bild

Dieser Text wurde mit Hilfe von künstlicher Intelligenz in Zusammenarbeit mit unserer Redaktion erstellt.