Zusammenfassung:
Angesichts der rasanten Zunahme des weltweiten Besitzes von Elektrofahrzeugen ist die Verarbeitung und das Recycling ausgedienter Energiebatterien zu einem zentralen Thema für die industrielle Ökologie geworden. Ein Team von Wissenschaftlern hat kürzlich erfolgreich eine neue Direktreparaturtechnologie entwickelt, die die elektrische Leistung alternder Batterien auf mehr als 95 % ihrer ursprünglichen Kapazität wiederherstellen kann, ohne sie vollständig zu zerkleinern und in ihre ursprünglichen Bestandteile zu zerlegen.
Dieser Erfolg dürfte nicht nur die Recyclingkosten und den Energieverbrauch ausgemusterter Batterien deutlich senken, sondern auch einen effizienteren und umweltfreundlicheren technischen Weg für das Recycling von Elektrofahrzeugbatterien eröffnen.
Nach Tausenden von Lade- und Entladezyklen herkömmlicher Lithium-Ionen-Batterien nimmt die Batteriekapazität aufgrund der strukturellen Beschädigung der positiven und negativen Elektrodenmaterialien und des kontinuierlichen Verbrauchs aktiver Lithiumionen irreversibel ab. Die derzeit gängigen Recyclingmethoden in der Branche basieren hauptsächlich auf der Hydrometallurgie- oder Pyrometallurgie-Technologie, d. h. durch strenge Prozesse wie Hochtemperaturschmelzen oder starke Säurelaugung werden gebrauchte Batterien vollständig zersetzt und Schlüsselmetalle wie Lithium, Nickel und Kobalt extrahiert. Dieses traditionelle Zerkleinerungs-, Zerlegungs- und Recyclingmodell verbraucht nicht nur extrem viel Energie und erzeugt große CO2-Emissionen, sondern weist auch komplexe chemische Aufbereitungsprozesse und hohe Gesamtkosten auf.
Um dieses Problem anzugehen, haben Forscher ihren Forschungsschwerpunkt auf das Gebiet der „Direktregenerations“-Technologie gelegt. Durch eine eingehende Analyse der mikrophysikalischen und chemischen Mechanismen der Batteriedegradation entwickelte das Forschungsteam ein ausgeklügeltes direktes Reparaturverfahren. Diese Methode erfordert keine tiefe chemische Schädigung der Batterie, sondern zielt direkt auf veraltete oder stark geschwächte Batteriepolmaterialien ab. Durch gezieltes Auffüllen der verlorenen aktiven Lithiumionen und den Einsatz spezifischer Wärmebehandlung und Reparatur der Oberflächenstruktur kann die beschädigte Elektrodenkristallstruktur vor Ort wiederhergestellt werden, wodurch das alternde Batteriematerial wieder neue Lade- und Entladeaktivität erlangen kann.
Experimentelle Daten zeigen, dass die elektrochemische Leistung der durch dieses direkte Reparaturverfahren behandelten Batteriepolstücke erheblich verbessert wurde, die Batteriekapazität erfolgreich auf etwa 95 % ihres ursprünglichen Zustands wiederhergestellt wurde und die Gesamtzyklusstabilität und Sicherheitsleistung im Wesentlichen die Standards neuer Werksbatterien erreicht haben. Durch den Wegfall der mühsamen Schritte der vollständigen Reduzierung von Materialien zu elementaren Metallen verkürzt diese Technologie den Recyclingprozess erheblich, reduziert den Einsatz chemischer Reagenzien und den Energieverbrauch erheblich und reduziert den gesamten Recyclingzyklus und die wirtschaftlichen Kosten erheblich.
Branchenexperten wiesen darauf hin, dass diese Technologie zwar immer noch mit technischen Herausforderungen konfrontiert ist, wie z. B. der Konsistenzprüfung gebrauchter Batterien und der automatisierten Demontage- und Montageunterstützung vom Labor bis zur industriellen Großanwendung, die deutlichen Vorteile, die sie gezeigt hat, jedoch breite Entwicklungsperspektiven bieten. Da in Zukunft mehr ausgediente Batterien mithilfe der Direktreparaturtechnologie in die Lieferkette zurückkehren, wird dies nicht nur den Versorgungsdruck bei wichtigen Mineralressourcen wie Lithium wirksam verringern, sondern auch den CO2-Fußabdruck des gesamten Lebenszyklus von Elektrofahrzeugen erheblich reduzieren und dem Aufbau eines umweltfreundlichen und nachhaltigen Recyclingsystems für die globale Fahrzeugindustrie mit neuer Energie einen starken Impuls verleihen.
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