Es gibt eine eingebaute Voreingenommenheit der Verbraucher, recycelte Materialien zu verwenden. Wir wollen neu, nicht gebraucht. Wir wollen einen neuen Anlasser für unser Auto, keinen, der aus einem Wrack auf dem Schrottplatz gezogen wurde. Ähnlich sehen es die Hersteller, insbesondere wenn es um die Herstellung von Batterien aus recycelten Materialien geht.
So sehr uns JB Straubel sagt, dass sein neues Unternehmen Redwood Materials 95 % oder mehr der Rohstoffe für die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien zurückgewinnen kann, das ist nur ein Teil der Gleichung. Der andere Teil besteht darin, Batteriehersteller davon zu überzeugen, diese wiedergewonnenen Materialien zum Bau neuer Batterien zu verwenden. „Im Allgemeinen haben die Leute den Eindruck, dass recyceltes Material nicht so gut ist wie Neuware“, sagt Yan Wang, Professor für Maschinenbau am Worcester Polytechnic Institute IEEE-Spektrum. „Batterieunternehmen zögern immer noch, recyceltes Material in ihren Batterien zu verwenden.“
Besser als neu
Ein Forscherteam unter der Leitung von Wang, zu dem auch Personen aus der US Advanced Battery Consortium und Batteriefirma A123-Systeme, hat bewiesen, dass sich Batterie- und Autohersteller keine Sorgen machen müssen. Die Ergebnisse, veröffentlicht in der Zeitschrift Joule, zeigen, dass Batterien mit recycelten Kathoden genauso gut oder sogar besser sein können als solche mit neuen Materialien. In der Zusammenfassung ihres Berichts sagt die Gruppe:
„Das Recycling verbrauchter Lithium-Ionen-Batterien spielt eine wichtige Rolle, um Rohstoffknappheit und Umweltprobleme zu lindern. Recycelte Materialien gelten jedoch als minderwertig gegenüber kommerziellen Materialien, was die Industrie daran hindert, recycelte Materialien in neuen Batterien zu verwenden. Hier zeigen wir, dass das recycelte Material (NMC 111) eine überlegene Rate und Zyklusleistung aufweist, die durch verschiedene Tests auf Industrieebene bestätigt wurde. Insbesondere 1 Ah-Zellen mit recyceltem (NMC 111) haben das beste Zykluslebensergebnis, das für recycelte Materialien berichtet wurde, und ermöglichen 4.200 Zyklen und 11.600 Zyklen bei 80 % und 70 % Kapazitätserhaltung, was 33 % und 53 % besser ist als die staatlichen. modern, kommerziell (NMC 111)
„Die Geschwindigkeitsleistung ist inzwischen um 88,6 % besser als bei handelsüblichen Pulvern bei 5°C. Aus Versuchs- und Modellierungsergebnissen ermöglicht die einzigartige Mikrostruktur recycelter Materialien eine überlegene elektrochemische Leistung. Das recycelte Material übertrifft kommerziell erhältliche Äquivalente und bietet eine grüne und nachhaltige Lösung für verbrauchte Lithium-Ionen-Batterien.“
Das recycelte Material zeigte eine porösere mikroskopische Struktur, in die Lithium-Ionen besser hinein- und herausrutschen können. Das Ergebnis? Batterien mit einer ähnlichen Energiedichte wie mit kommerziellen Kathoden hergestellte, aber auch eine um bis zu 53 % längere Lebensdauer. Die Kathoden wurden mit einer patentierten Recyclingtechnik hergestellt, die Battery Resources, ein von Wang mitbegründetes Start-up, jetzt vermarktet.
Die Forschung ist ermutigend
Während die recycelten Batterien nicht in Autos getestet wurden, wurden Tests in industriell relevanten Maßstäben durchgeführt. Die Forscher stellten 11-Ampere-Stunden-Industriestandard-Pouch-Zellen her, die aus Materialien mit der gleichen Dichte wie EV-Batterien bestanden. Ingenieure von A123 Systems führten die meisten Tests durch, sagt Wang und verwendeten ein Protokoll, das von der USABC entwickelt wurde, um die kommerziellen Rentabilitätsziele für Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge zu erreichen. Er sagt, die Ergebnisse beweisen, dass recycelte Kathodenmaterialien eine praktikable Alternative zu unberührten Materialien sind.
Die meisten Batterierecycler produzieren separate Elemente, um sie an Batteriematerialunternehmen zu verkaufen, die wiederum die hochwertigen Materialien für Auto- und Batteriehersteller herstellen. Aber der wahre Wert einer EV-Batterie liegt in der Kathode, sagt Wang. Kathodenmaterialien sind proprietäre Kombinationen von Metallen wie Nickel, Mangan und Kobalt, die zu Partikeln mit bestimmten Größen und Strukturen verarbeitet werden.
Die Recyclingtechnologie von Battery Resources produziert verschiedene gebrauchsfertige NMC-Kathodenmaterialien basierend auf den Wünschen eines Automobilherstellers. Das bedeutet, dass der Verkauf der recycelten Materialien einen Gewinn erzielen könnte, was Recyclingunternehmen zufolge schwierig sein kann. „Wir sind das einzige Unternehmen, das ein Kathodenmaterial produziert. Andere Unternehmen stellen Elemente her, sodass ihr Mehrwert geringer ist“, fügt Wang hinzu.
Feldtests
Das Unternehmen verkauft bereits in kleinem Umfang recycelte Materialien an Batteriehersteller. Es plant, seine erste kommerzielle Anlage, das 2022 10.000 Tonnen Batterien verarbeiten kann. Im September sammelte es 70 Millionen US-Dollar ein, mit denen das Unternehmen bis Ende 2022 zwei weitere Anlagen in Europa in Betrieb nehmen will. Insgesamt rechnet das Unternehmen mit 30.000 Tonnen Recyclingkapazität bis Ende nächsten Jahres von allen drei kommerziellen Standorten. An diesen Standorten wird 2023 die Kathodenmaterialproduktion hinzugefügt.
Auf der Website des Unternehmens, sagt CEO Michael O’Kronley, dass das Unternehmen davon ausgeht, dass Europa ein größerer Markt als die USA sein wird. „Europa hat die gleichen Bedenken wie die USA hinsichtlich der Beibehaltung kritischer Batteriematerialien in der Lieferkette.“ Er fügt hinzu, dass der europäische Gesetzgeber derzeit das Batterierecycling seitens der OEMs vorschreibt und wahrscheinlich auch die Verwendung von recycelten Materialien in Batterien vorschreiben wird. Die Mehrheit der kritischen Batteriematerialien wird derzeit in Asien hergestellt, aber laut O’Kronley verlagert sich die Branche von einer starken Konzentration auf bestimmte Standorte zu einem globaleren Betrieb.
„Ob es das asiatische Unternehmen ist, das nach Europa oder Nordamerika umzieht, oder neue Marktteilnehmer, die Europa und Nordamerika beliefern – wir sind ein Neuzugang, der diese Regionen beliefert – die Lieferkette für Batteriematerial muss unbedingt lokalisiert werden. Wir sind ein Teil davon.“
O’Kronley sagt, das Unternehmen habe mit einer Reihe von OEMs und Unterhaltungselektronikunternehmen Gespräche geführt, lehnte es jedoch ab, Details zu nennen. Er sagte jedoch, dass Fahrzeug-OEMs und Batteriehersteller das Kathodenmaterial des Unternehmens bereits genommen und in Batterien eingebaut haben, um es zu testen und mit „jungfräulichen“ Kathoden zu vergleichen.
„Battery Resourcers ist davon überzeugt, dass man langfristig eine vertikal integrierte Lieferkette braucht, um den größtmöglichen Wert aus diesen Altbatterien herauszuholen. Wir bewegen uns stromaufwärts bei der Herstellung dieser technischen Materialien, die direkt in eine neue Batterie zurückkehren.“
Desinformation & neue Technologien
Die Welt konzentriert sich intensiv darauf, die Batterien für Elektrofahrzeuge zu recyceln, teilweise um der Fehlinformation entgegenzuwirken, dass alte Batterien einfach auf Deponien entsorgt werden, eine Erzählung, die von denen gefördert wird, die keinen Erfolg der EV-Revolution sehen wollen. Aber wenn ein Recycler wie Battery Resources tatsächlich wiederaufbereitete Materialien liefern kann, die besser als neu sind, ist dieses Argument so gut wie weg.
Scharfe Leser werden darauf hinweisen, dass sich viele Unternehmen von der NMC 111-Technologie hin zur LFP-Chemie bewegen. Das ist so, und zweifellos plant Battery Resources bereits Möglichkeiten, auch diese Batterien zu recyceln.
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