03.06.2020 - Stockholm University

Neue NiMH-Batterien schneiden besser ab, wenn sie aus recycelten alten NiMH-Batterien hergestellt werden

Recycling von wiederaufladbaren Hydrid-Batterien könnte mit einer neuen Methode einfacher sein

Eine neue Methode für das Recycling alter Batterien kann leistungsfähigere und billigere wiederaufladbare Hydridbatterien (NiMH) liefern, wie in einer neuen Studie von Forschern der Universität Stockholm gezeigt wurde.

"Die neue Methode ermöglicht es, das aufbereitete Material direkt in der Produktion neuer Batterien zu verwenden", sagt Dag Noréus, Professor an der Fakultät für Material- und Umweltchemie der Universität Stockholm, der zusammen mit anderen Forschern die in der wissenschaftlichen Zeitschrift Molecules veröffentlichte Studie durchgeführt hat.

Das neue Recycling besteht aus dem mechanischen Waschen und der Trennung von wiederverwendbarem Elektrodenmaterial und Korrosionsprodukten von alten, gebrauchten Elektroden.

"Mehr als 95 Prozent sind nützlich, und bei der Herstellung von neuen Batterien, die auch eine bessere Leistung erzielen, können mehrere Schritte eingespart werden. Das Recycling wird einfacher sein, da kostspielige Umschmelzungen und Reduzierungen vermieden werden, die beim konventionellen Batterie-Recycling anfallen".

Hydridbatterien, so genannte NiMH-Batterien, basieren auf einer Nickelelektrode und einer Wasserstoffelektrode, wobei der Wasserstoff in einem Metallhydrid gespeichert wird. Die Batterie ist einer der vier Grundtypen von wiederaufladbaren Batterien, die heute auf dem Markt erhältlich sind. Die anderen basieren auf Lithium, Nickel-Cadmium oder Blei.

Verwendung in Hybridfahrzeugen und elektrischen Zahnbürsten

NiMH-Batterien wurden in den 1990er Jahren entwickelt und werden zum Beispiel in Hybridfahrzeugen wie dem Toyota Prius, aber auch in elektrischen Zahnbürsten und Elektrorasierern eingesetzt, also in Geräten, die in der Nähe des Körpers verwendet werden, wo man sicherere Batterien haben möchte, die nicht wie die von Lithium explodieren können. NiMH gilt auch als umweltfreundlicher, da es keine giftigen Schwermetalle enthält.

Die Forschung konzentrierte sich zunächst darauf, Metallhydride zu finden, die große Mengen Wasserstoff in fester Form speichern können. Als dies gelang, wurde es zunächst in wiederaufladbaren Batterien eingesetzt. Der hohe Wasserstoffgehalt verdoppelte die Batteriekapazität im Vergleich zu Batterien aus Nickel-Cadmium.

"Das Neue an unserer Studie ist, dass das Material bessere Eigenschaften erhält, wenn es in neuen Batterien verwendet wird, nachdem es einen vereinfachten Recyclingprozess durchlaufen hat. Es handelt sich nicht um eine neue Batterie, sondern um eine bedeutende Verbesserung der Nützlichkeit von wiederaufladbaren Hydrid-Batterien".

Durchbruch während des Zweiten Weltkriegs

Die Entwicklung von Chemikalien für wiederaufladbare Batterien ist zeitaufwändig. Während des Zweiten Weltkriegs kam der Durchbruch für Nickel-Cadmium-Batterien, die in tragbaren Elektronikgeräten verwendet werden konnten.

"Es ist schwierig und dauert lange, eine wiederaufladbare Batteriechemie zu finden, obwohl man im Grunde genommen eine elektrochemische Zelle oder Batterie mit praktisch allen chemischen Reaktionen bauen könnte. Die erste wiederaufladbare Batterie, die auf Blei basierte, wurde Mitte des 18. Mit der wiederaufladbaren Nickel-Cadmium-Batterie mussten wir dann bis Anfang 1900 warten. Leider basierten beide auf umweltschädlichen Metallen wie Blei und Kadmium".

Die Schwierigkeit, brauchbare Batteriechemien zu finden, zeigt sich auch darin, dass es fast bis Ende 1900 dauerte, bis NiMH- und Lithium-Batterien aufkamen.

Moderne wiederaufladbare Batterien enthalten einige seltene Materialien und Stoffe, die komplizierte und kostspielige Verarbeitungsschritte durchlaufen haben, um gut zu funktionieren, erklärt Dag Noréus. Wenn die Batteriezellen hergestellt werden, müssen sie aktiviert werden. Dabei durchlaufen sie eine Reihe von vorsichtigen Lade- und Entladezyklen nach einem speziellen Zeitplan.

"Man kann sie mit der Einlaufzeit vergleichen, die zuvor neu gekaufte Autos durchlaufen mussten, wenn sie vom Werk ausgeliefert wurden. Die Bildung der Batterien erfolgt in der Batteriefabrik. Sie erfordert Zeit und Investitionen. Vieles davon kann jetzt eingespart werden, indem bereits aktiviertes Material verwendet wird", sagt Dag Noréus.

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