Batterien nassmechanisch zu zerkleinern ist eine energiearme, sichere und kostengünstige Technik im Recycling. Dabei werden die Zellen in einer Flüssigkeit, oft in Wasser, geschreddert. Ein Vorteil dieses Prozesses ist es, dass vorherige Schritte wie zum Beispiel eine aufwändige Tiefenentladung oder hohe Schutzmaßnahmen potenziell vereinfacht werden können, da die Batteriezellen durch die wässrige Matrix im Zerkleinerungsprozess deaktiviert werden. Bisher kommt das Verfahren in der Industrie jedoch kaum zum Einsatz. Um es weiterzuentwickeln, hat ein Team des MEET Batterieforschungszentrums der Universität Münster und des Instituts für Infrastruktur, Wasser, Ressourcen und Umwelt (IWARU) der FH Münster nun untersucht, wie sich das Medium Wasser während der Zerkleinerung auf die Batteriematerialien auswirkt.

Recyclingquote von Lithium-Ionen-Batterien erhöhen 

Zunächst analysierten die Wissenschaftler, wie Wasser – zusätzlich zur Deaktivierung – dazu beitragen kann, die eingesetzten Materialien zu trennen. Dabei fanden sie heraus, dass Wasser das Leitsalz löst und sich mit dem Elektrolytlösungsmitteln vermischt und von der Schwarzmasse separiert. Zusätzlich wurde Lithium über längere Zeit aus dem Kathodenmaterial gelaugt. „Im Ergebnis reicherte sich Lithium im Gegensatz zu anderen Metallen selektiv im Wasser an und kann dadurch einfacher extrahiert werden“, ordnet MEET Forscher das Ergebnis Julius Buchmann ein.

Der Kontakt mit Wasser führte jedoch auch zu unerwünschten Reaktionen. Durch seinen Einsatz hydrolysierten die Lösungsmittel und zersetzten sich mit der Zeit. Verstärkt wurde dieser Prozess durch hohe Temperaturen und basische Zustände. Das Leitsalz im Prozesswasser hingegen blieb stabil und baute sich nicht weiter ab, auch nicht unter extremen Bedingungen. „Trotzdem konnten wir toxische Abbauprodukte im Prozesswasser nachweisen, die etwa durch das Schreddern von gealterten Zellen oder thermische Reaktionen während des Zerkleinerns entstanden sein können. Um die Arbeitssicherheit und den Umweltschutz bei solchen Prozessen zu verstärken, sind weitere Untersuchungen notwendig“, erklärt Buchmann. Ein wichtiger Schritt in Richtung einer zirkulären Wirtschaft von Batterien ist mit den Ergebnissen jedoch erfolgt. Bisher eingesetzte Recyclingmethoden beschränkten sich meist darauf, wertvolle Metalle wie Kobalt oder Nickel zurückzugewinnen. „Unsere Studie zeigt, dass es auch möglich ist, das wenig adressierte Leitsalz und die Lösungsmittel im wässrigen Medium zu erhalten und abzutrennen. Das Vorgehen bietet das Potenzial, diese Komponenten in Zukunft zurückzugewinnen und damit die Recyclingquote von Lithium-Ionen-Batterien erhöht werden“, resümiert Buchmann.

Detaillierte Ergebnisse online verfügbar 

Die gesamte Studie haben die Forschenden Julius Buchmann, Dr. Simon Wiemers-Meyer und Dr. Sascha Nowak, MEET Batterieforschungszentrum, Moritz Goldkuhle und Prof. Dr. Sabine Flamme, IWARU der FH Münster sowie Prof. Dr. Martin Winter, MEET Batterieforschungszentrum und Helmholtz-Institut Münster des Forschungszentrums Jülich, im Fachmagazin „Advanced Energy and Sustainability Research“ veröffentlicht.