Altbatterien
Je reiner das Graphit, desto besser funktioniert die Lithium-Ionen-Batterie. Nur: Kann recyceltes Graphit mit neuem Anodengraphit mithalten? Untersuchungen bestätigen das.
Recyceltes Graphit so gut wie neues
In Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) stecken viele wichtige Rohstoffe. Neben Lithium sind Metalle wie Kupfer, Nickel, Kobalt und Aluminium enthalten. Und nicht zuletzt auch das Anodenmaterial Graphit, das 15 bis 25 Prozent des Gesamtgewichts der Batterie ausmacht. Es wird auf eine Kupferfolie aufgetragen und zwingt die Lithium-Ionen, sich in der Gitterstruktur des Materials beim Laden einen festen Platz zu suchen, erklärt das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). Das sorge für eine höhere Zyklenstabilität, bessere Performance beim schnellen Laden und eine höhere Qualitätskonsistenz im Vergleich zu anderen Batterietypen wie etwa Blei-Akkus.
Dabei zeigt sich: Je reiner das Graphit, umso besser funktioniert dieser Mechanismus. Besonders geeignet sei hierfür das synthetische, über ein energieintensives Verfahren auf Koksbasis hergestellte Graphit, erklärt das HZDR. Doch auch recyceltes Graphit muss den Vergleich mit Neumaterial nicht scheuen, wie Untersuchungen des Instituts zeigen.
Vergleichbar mit reinem Material
„Wir konnten mit den durchgeführten Tests nachweisen, dass die elektrochemische Leistung des zurückgewonnenen Graphits aus ausgedienten LIBs mit der von neuem Anodengraphit übereinstimmt“, sagt Anna Vanderbruggen, zum Zeitpunkt der Untersuchung Wissenschaftlerin des Helmholtz-Instituts Freiberg für Ressourcentechnologie. Das recycelte Graphit habe trotz geringfügiger Verunreinigungen aus dem Recyclingprozess eine „bemerkenswerte Speicherkapazität von mehr als 350 mAh/g“.
Auch die Zyklenstabilität von Batteriezellen aus recyceltem Graphit sei „hervorragend“, so das HZDR. „Die Testzelle wurde dabei 1.000 Auf- und Entladezyklen unterzogen, wobei eine Kapazitätserhaltung von 80 Prozent festgestellt wurde. Das ist vergleichbar mit der Leistung von Referenz-Vollzellen, die aus reinem Material bestehen.“
Das Institut hat bei seinen Tests recyceltes Graphit untersucht, das vom australischen Unternehmen EcoGraf stammt. Das Unternehmen wendet ein Reinigungsverfahren an, das ohne hochgiftige Flusssäure auskommt.
Um Graphit aus Altbatterien zurückzugewinnen, werden die Batterien zunächst geschreddert, übrig bleibt die sogenannte Schwarzmasse. Aus diesem feinen Pulver wird durch Schaumflotation das Graphit extrahiert. „Der Prozess basiert auf der sogenannten selektiven Hydrophobierung, also wasserabweisenden Eigenschaft von Mineralen und der Anhaftung dieser Partikel an Gasblasen, welche anschließend über einen Schaum ausgetragen werden“, erklärt das HZDR. Das dabei entstehende Konzentrat wird gereinigt. Dabei werden häufig anorganische Säuren wie Flusssäure eingesetzt, die die Umwelt belasten können.
