Lithium batterij recyclen

Een Lithium batterij recyclen volgens een nieuw methode helpt om aan de snel stijgende vraag te voldoen. Lithium-ion batterijen vormen het hart van bijna elke elektrische auto, laptop en smartphone. De batterijen zijn essentieel voor de opslag van hernieuwbare energie, maar alle huidige mijnbouwbedrijven in de wereld kunnen niet genoeg lithium en andere belangrijke mineralen winnen om aan deze snel stijgende vraag te voldoen.

Conventionele mijnbouw

Het opzetten van nieuwe mijnen is een dure en jarenlange inspanning. Daarnaast veroorzaakt deze conventionele mijnbouw voor veel milieu problemen. Zoals bijvoorbeeld het vele water wordt gebuikt bij het ontzouten van Lithium. Hierdoor wordt het lokale water vervuild. Dit alles betekent dat het recyclen van bestaande Lithium batterijen cruciaal is om zorg te dragen voor een duurzame verschuiving in het mondiale energiesysteem.

Lithium batterij recyclen

Het recyclen van lithium-ion batterijen is pas sinds kort op de markt gekomen. Fabrikanten van batterijen aarzelden, omdat zij vrezen dat gerecyclede producten van mindere kwaliteit zou kunnen zijn. Dat zou  kunnen leiden tot een kortere levensduur van de batterij of schade aan het binnenwerk van de Lithium batterij. Echter het tegenovergestelde blijkt waar. Nieuw onderzoek, gepubliceerd in Joule, heeft geleid tot wat deskundigen omschrijven als een elegantere recyclingmethode. De onderzoekers ontdekten dat Lithium batterijen die zij, met hun nieuwe kathode-recycling techniek, net zo goed presteert als een nieuwe kathode. Het is zelfs zo dat batterijen met de gerecycleerde kathode langer meegaan en sneller opladen. De markt voor batterijen gaat in de komende jaren vertienvoudigen. Om de groeipijnen van de markt te verzachten is recycling van lithium-ionbatterijen van cruciaal belang.

Traditioneel recyclen van een Lithium batterij

Wanneer een lithium-ion batterij stroom levert, beweegt een cluster van lithium-ionen van de ene kristallijne “kooi” (de anode) naar de andere (de kathode). De meest gebruikelijke methoden om de batterijen te recyclen, bestaat uit het ontmantelen en versnipperen van de hele batterij. Vervolgens wordt deze ofwel gesmolten ofwel opgelost in zuur. Het resultaat is een zwarte massa, waaruit chemische elementen of eenvoudige verbindingen kunnen worden geborgen. Die teruggewonnen producten kunnen dan hetzelfde commerciële fabricageproces doorlopen als nieuw gedolven elementen om zo weer kathodes te maken.

Het nieuw recyclen

In plaats van de batterij volledig te ontleden, houdt de nieuwe techniek een deel van de cruciale samenstelling van de oude kathode intact. Nadat de batterij is versnipperd, worden de minder dure onderdelen verwijderend. Zoals de elektronische circuits en de stalen batterijbehuizing. Deze onderdelen worden afzonderlijk gerecycled. Wat overblijft is hoofdzakelijk het kathodemateriaal. Dit kathode materiaal wordt opgelost in zuur om alle onzuiverheden te verwijderen. Vervolgens worden er een beetje verse elementen toegevoegd, waaruit de kathode is opgebouwd, zoals nikkel en kobalt. Dit om zorg te dragen voor de perfecte verhouding van ingrediënten. Het resultaat een effectief opgefrist kathodepoeder. Dit poeder wordt op een metalen strip kunnen geplakt en in een “nieuwe” batterij geplaatst.

Poreuzere poederdeeltjes maakt gerecyclede batterij sterker

De deeltjes van het gerecycleerd kathodepoeder werd vergeleken met commercieel vervaardigd kathodepoeder. Hieruit kwam naar voren dat gerecycleerde poederdeeltjes poreuzer zijn, met bijzonder grote holten in het centrum van elk deeltje. Deze eigenschappen bieden ruimte voor het kathodekristal om iets op te zwellen wanneer lithiumionen zich erin persen. Deze speelruimte weerhoudt het kristal ervan te barsten zoals bij kathoden die vanaf nul zijn opgebouwd. Dergelijke scheurtjes zijn een belangrijke oorzaak van batterijdegradatie na verloop van tijd.

Meer poriën betekent ook meer blootgesteld oppervlak, waar de chemische reacties kunnen plaatsvinden die nodig zijn om de batterij op te laden. Hierdoor kunnen gerecyclede batterijen sneller opladen dan hun commercieel geproduceerde tegenhangers. In de toekomst zouden alle kathoden deze superieure structuur kunnen krijgen en niet alleen die van gerecycled materiaal.

Conclusie

De nieuwste bevindingen tonen aan dat “de gerecyclede kathode even goed is als – of zelfs beter dan – het commerciële materiaal. Deze invoer komt grotendeels uit China, dat wereldleider is op het gebied van batterijrecycling. Deze situatie betekent dat materialen over de hele wereld naar China moeten worden vervoerd om daar gerecycled te worden. Hierdoor wordt de koolstofvoetafdruk van gerecyclede batterijen groter en hun aantrekkingskracht als een duurzamere oplossing afneemt. Door deze nieuwe aanpak krijgen ook andere landen de mogelijkheid  om hun binnenlandse batterijrecycling te versterken.