Neuer Recharge-to-Recycle-Reaktor verwandelt Batterieabfälle in neue Lithium-Rohstoffe

"Die direkte Herstellung von hochreinem Lithiumhydroxid verkürzt den Weg zurück in neue Batterien"

14.11.2025

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Mit der weltweit zunehmenden Verbreitung von Elektrofahrzeugen werden Altbatterien schnell zu einem großen Abfallstrom. Lithium ist teuer in der Gewinnung und Aufbereitung, und die meisten derzeitigen Recyclingmethoden sind energie- und chemieintensiv und führen häufig zur Gewinnung von Lithiumcarbonat, das zur Wiederverwendung zu Lithiumhydroxid weiterverarbeitet werden muss.

Anstatt geschredderte Batteriematerialien ("schwarze Masse") zu schmelzen oder in starken Säuren aufzulösen, hat ein Team von Ingenieuren an der Rice University einen saubereren Ansatz entwickelt, indem es die Abfallkathodenmaterialien wieder auflädt, um Lithiumionen in Wasser zu locken, wo sie sich mit Hydroxid verbinden und hochreines Lithiumhydroxid bilden.

"Wir haben uns eine grundlegende Frage gestellt: Wenn das Aufladen einer Batterie Lithium aus einer Kathode herauszieht, warum sollte man dann nicht dieselbe Reaktion für das Recycling nutzen?", so Sibani Lisa Biswal, Vorsitzende des Rice Department of Chemical and Biomolecular Engineering und William M. McCardell Professor in Chemical Engineering. "Indem wir diese Chemie mit einem kompakten elektrochemischen Reaktor kombinieren, können wir Lithium sauber abtrennen und genau das Salz herstellen, das die Hersteller wollen."

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In einer funktionierenden Batterie werden durch das Aufladen Lithiumionen aus der Kathode gezogen. Das System von Rice wendet dasselbe Prinzip auf Abfallkathodenmaterialien wie Lithiumeisenphosphat an. Wenn die Reaktion beginnt, wandern die Lithiumionen durch eine dünne Kationenaustauschmembran in einen fließenden Wasserstrom. An der Gegenelektrode wird durch eine weitere einfache Reaktion Wasser aufgespalten und Hydroxid erzeugt. Das Lithium und das Hydroxid verbinden sich dann im Wasserstrom zu Lithiumhydroxid, ohne dass scharfe Säuren oder zusätzliche Chemikalien benötigt werden.

Die kürzlich in der Zeitschrift Joule veröffentlichte Forschungsarbeit demonstriert einen lückenlosen Membran-Elektroden-Reaktor, der nur Strom, Wasser und Batterieabfälle benötigt. In einigen Modi benötigte der Prozess nur 103 Kilojoule Energie pro Kilogramm schwarzer Masse - etwa eine Größenordnung weniger als bei herkömmlichen Säureauslaugungsmethoden (ohne deren zusätzliche Verarbeitungsschritte). Das Team vergrößerte die Anlage auf 20 Quadratzentimeter, führte einen 1.000-stündigen Stabilitätstest durch und verarbeitete 57 Gramm Industrieruß, der von seinem Industriepartner TotalEnergies geliefert wurde.

"Die direkte Herstellung von hochreinem Lithiumhydroxid verkürzt den Weg zurück in neue Batterien", sagte Haotian Wang, außerordentlicher Professor für Chemie- und Biomolekulartechnik und neben Biswal Mitverfasser der Studie. "Das bedeutet weniger Verarbeitungsschritte, weniger Abfall und eine stabilere Lieferkette."

Mit dem Verfahren wurde Lithiumhydroxid mit einem Reinheitsgrad von über 99 % hergestellt - sauber genug, um es direkt in die Batterieherstellung einzuspeisen. Außerdem erwies sich das Verfahren als äußerst energieeffizient: In einem Modus wurden nur 103 Kilojoule Energie pro Kilogramm Abfall verbraucht, in einem anderen 536 Kilojoule. Das System erwies sich als langlebig und skalierbar, da es bei 1.000 Stunden Dauerbetrieb eine durchschnittliche Lithium-Rückgewinnungsrate von fast 90 % aufwies.

Der Ansatz funktionierte auch bei verschiedenen Batterietypen, einschließlich Lithium-Eisenphosphat, Lithium-Mangan-Oxid und Nickel-Mangan-Kobalt-Varianten. Noch vielversprechender war die Demonstration der Rolle-zu-Rolle-Verarbeitung ganzer Lithiumeisenphosphat-Elektroden direkt aus Aluminiumfolie - ohne Schaben oder Vorbehandlung.

"Die Rolle-zu-Rolle-Demonstration zeigt, wie dies in automatisierte Demontagelinien integriert werden könnte", sagte Wang. "Man führt die Elektrode ein, versorgt den Reaktor mit kohlenstoffarmer Elektrizität und gewinnt Lithiumhydroxid in Batteriequalität".

Als Nächstes wollen die Forscher die Technologie weiter ausbauen, indem sie größere Stacks entwickeln, die Schwarzmassebeladung erhöhen und selektivere, hydrophobe Membranen entwerfen, um eine hohe Effizienz bei höheren Lithiumhydroxid-Konzentrationen zu erreichen. Außerdem sehen sie in der Nachbehandlung - dem Konzentrieren und Kristallisieren von Lithiumhydroxid - die nächste große Chance, den Gesamtenergieverbrauch und die Emissionen zu senken.

"Wir haben die Lithiumextraktion sauberer und einfacher gemacht", so Biswal. "Jetzt sehen wir den nächsten Engpass ganz klar. Wenn man die Konzentration in Angriff nimmt, kann man die Nachhaltigkeit noch weiter verbessern.

Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.

Originalveröffentlichung

Yuge Feng, Yoon Park, Shaoyun Hao, Chang Qiu, Shoukun Zhang, Zhou Yu, Zhiwei Fang, Tanguy Terlier, Chase Sellers, Khalid Mateen, Frank Despinois, Moussa Kane, Sibani Lisa Biswal, Haotian Wang; "A direct electrochemical Li recovery from spent Li-ion battery cathode for high-purity lithium hydroxide feedstock"; Joule

https://www.chemie.de/news/1187546/neuer-recharge-to-recycle-reaktor-verwandelt-batterieabfaelle-in-neue-lithium-rohstoffe.html