Nachhaltiges Batterierecycling mit superkritischem Kohlendioxid

Lithium-Ionen-Batterien (LIB) enthalten neben wertvollen Metallen auch Elektrolytbestandteile, deren Rückgewinnung bislang jedoch kaum berücksichtigt wurde. Ein Forschungsteam des MEET Batterieforschungszentrums der Universität Münster und der Shimadzu Europa GmbH stellt nun ein zweistufiges Verfahren vor, mit dem sich der Elektrolyt aus der sogenannten Schwarzmasse, dem zentralen Recyclingmaterial aus Altbatterien, nachhaltig und selektiv extrahieren lässt. Durch den Einsatz von superkritischem Kohlendioxid (scCO₂) lassen sich wertvolle Komponenten, insbesondere das Leitsalz, ohne den Einsatz großer Mengen an Chemikalien zurückgewinnen.

Superkritisches CO₂ ermöglicht nachhaltiges Elektrolytrecycling

Die Arbeit knüpft an bestehende Forschungen an, geht jedoch einen entscheidenden Schritt weiter: Durch den Einsatz von superkritischem Kohlendioxid als umweltfreundliches Lösungsmittel gelingt es nicht nur, organische Elektrolytbestandteile aus der Schwarzmasse zu extrahieren, sondern auch das enthaltene Leitsalz zurückzugewinnen und die komplexe Mischung in mehrere Fraktionen aufzutrennen. Diese Elektrolytfraktionen weisen eine hohe Reinheit auf, was ihre Wiederverwendung als LIB-Elektrolyt gewährleistet. Im Vergleich zu bisherigen Ansätzen kommt das Verfahren auch mit deutlich geringeren Mengen zusätzlicher Chemikalien aus und eröffnet neue Möglichkeiten für ein ressourcenschonendes Batterierecycling.

„Bisher lag der Fokus beim Recycling von Lithium-Ionen-Batterien vor allem auf der Rückgewinnung von Metallen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass auch Elektrolytbestandteile wie das Leitsalz gezielt zurückgewonnen und perspektivisch wiederverwendet werden können“, erläutert MEET Wissenschaftler Jakob Hesper. Auf diese Weise können der Ressourcenverbrauch und langfristig auch die Kosten von Recyclingprozessen gesenkt werden. Darüber hinaus trägt das Verfahren zur Erfüllung der steigenden Recyclinganforderungen der Europäischen Union bei, die verbindliche Mindestquoten für die Herstellung neuer und die Verwertung ausgedienter Batterien vorschreibt. Zudem wird der weitere Umgang mit der Schwarzmasse im Recyclingprozess sicherer, wenn potenziell gesundheits- und umweltschädliche Elektrolytbestandteile entfernt wurden.

Detaillierte Ergebnisse online verfügbar

Die gesamte Studie haben die Forschenden Jakob Hesper, Marie Heidler, Nick Fehlings, Lea-Sophie Kemper, Jan Henrik Hintemann, Verena Naber, Debbie Stappers, Dr. Simon Wiemers-Meyer, Dr. Sascha Nowak, MEET Batterieforschungszentrum, und Dr. Vadim Kraft, Philipp Jochems, Shimadzu Europa GmbH, sowie Prof. Dr. Martin Winter, MEET Batterieforschungszentrum und Helmholtz-Institut Münster des Forschungszentrums Jülich, im Fachmagazin „Journal of Power Sources Advances“ veröffentlicht.