Mehr Batterien mit weniger Materialien herstellen

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Eine Argonne-Partnerschaft mit einem Bergbauunternehmen aus Minnesota nimmt Abfälle aus einem Batterieproduktionsprozess auf und verwendet sie in einem anderen. Forscher untersuchen, wie sich Bergbauabfälle in der Batterieproduktion nutzen lassen.

Das US-Energieministerium (DAMHIRSCHKUH) Das Argonne National Laboratory entwickelt ein neues Verfahren, das die Zahl der Elektrofahrzeuge drastisch erhöhen könnte (EV) Batterien Hergestellt aus abgebauten Nickelerzen. Die Bemühungen sind Teil einer neuen Partnerschaft mit Talon Metalsein US-amerikanisches Bergbauunternehmen, das im Inland hochwertiges Nickelerz produzieren will.

Das Verfahren von Argonne nutzt Bergbauabfälle als Input für einen anderen Produktionsprozess für einen Batterietyp, der in einer wachsenden Zahl von Elektrofahrzeugen verwendet wird. Ziel ist es, Bergbauabfälle und die Abhängigkeit der USA von anderen Ländern bei Batteriematerialien zu verringern. Entsprechend der Internationale Energieagenturmüssen die Lieferketten für Batteriematerialien um das Zehnfache erweitert werden, um den Anforderungen der Regierung gerecht zu werden EV Ambitionen.

„Unsere Partnerschaft mit Talon Metals zielt darauf ab, kritische Materialien in inländischen Batterielieferketten effizienter zu nutzen, damit sich die USA beim Erreichen ihrer Ziele für saubere Energie weniger auf andere Länder verlassen können.“ — Jeff Spangenberger, Leiter der Materialrecycling-Forschungs- und Entwicklungsgruppe von Argonne

Rückgewinnung von Bergbaunebenprodukten

Talon Metals plant den Abbau und die Verarbeitung hochwertiger Nickelerze im Mittleren Westen der USA. Das Unternehmen möchte eine inländische Versorgung mit Nickel für die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien in Nordamerika aufbauen.

Die Nickelproduktion von Talon weist wertvolle Nebenproduktmineralien auf, darunter auch Eisenverbindungen. Das Unternehmen möchte die Rückgewinnung dieser Nebenprodukte maximieren, anstatt sie auf Müllhaufen zu entsorgen – wie es manchmal bei der Mineralverarbeitung der Fall ist. Das Unternehmen erkannte das Potenzial, sie zu extrahieren und zur Produktion von Lithiumeisenphosphat zu verwenden (LFP) Kathoden, die zunehmend in Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt werden. Kathoden sind positive Elektroden.

„Wir haben uns an Argonne gewandt, um uns dabei zu helfen, einen Weg zu finden, mehr Wert aus Nickelvorkommen zu erschließen“, sagte Talon CEO Henri van Rooyen.​„Die Erhöhung der Gesamtausbeute an kritischen Mineralien für die Batterieherstellung führt zu einer geringeren Belastung der Erde durch den Bergbau.“

Wachsende inländische Batterielieferketten

Argonne und Talon haben eine gemeinsame Forschungs- und Entwicklungsvereinbarung abgeschlossen. Sie entwickeln ein Verfahren, das Eisensulfide aus Talon zur Synthese nutzt LFP Kathoden.

Forscher der Forschungseinrichtung für Werkstofftechnik in Argonne (MERF) wird ein entwickeln, optimieren und implementieren LFP Syntheseprozess und testen Sie anschließend die Leistung der Kathoden in Knopfbatteriezellen. Die Verarbeitungsexperten von Talon werden mit Ihnen zusammenarbeiten MERF Wissenschaftler sollen die Reinheit und Zusammensetzung der Eisenverbindungen kalibrieren, um die Kathodenproduktion zu verbessern. Ziel des Teams ist es, Kathoden in kommerzieller Qualität herzustellen.

Ein effektiver neuer Prozess kann potenziell reduzieren LFP Senkung der Herstellungskosten durch Eliminierung traditioneller Produktionsschritte. Es besteht auch die eindeutige Möglichkeit, dass die Kathoden des Teams die mit traditionellen Verfahren hergestellten Kathoden übertreffen könnten.

„Da die Eisenverbindung, auf die wir zugreifen, ein Nebenprodukt der Nickelproduktion ist, enthält sie Verunreinigungen wie Nickel und Mangan“, sagte der Argonne-Materialwissenschaftler Donghyeon Kang.​„Diese Verunreinigungen könnten tatsächlich die Leistung der Kathode steigern. Batteriehersteller führen häufig absichtlich kleine Mengen metallischer Verunreinigungen in Kathodenmaterialien ein – ein Prozess, der als Dotierung bezeichnet wird –, um deren Leistung zu verbessern.“

Im Erfolgsfall könnte die Forschung die heimischen Batterielieferketten auf verschiedene Weise verbessern. Derzeit gibt es nur begrenzte inländische Angebote LFP Kathodenproduktion. Argonne könnte dies möglicherweise ändern, indem es US-amerikanischen Batterieherstellern und -recyclern eine neue Möglichkeit bietet LFP Synthesetechnologie. Ein wirksamer Prozess könnte auch den Nickelabbau und die Verarbeitung in den USA profitabler machen und mehr Unternehmen dazu ermutigen, in die inländische Nickelproduktion einzusteigen. Darüber hinaus kann das Verfahren inländischen Bergbauunternehmen dabei helfen, Abfall zu reduzieren.

„Aus hochwertigem Nickelerz hergestellte Nickelkonzentrate enthalten viermal mehr Eisen als Nickel“, sagte van Rooyen von Talon.​„Durch die Verwendung dieses Eisens zur Herstellung LFP Batterien kann Talon Zutaten für mehrere Batterietechnologien liefern, eine neue Einnahmequelle generieren und Abfall reduzieren. Und wir können die Anzahl der aus der gleichen Tonne Gestein hergestellten Batterien im Vergleich zu herkömmlichen Ansätzen erheblich steigern.“

„Unsere Partnerschaft mit Talon Metals zielt darauf ab, kritische Materialien in inländischen Batterielieferketten effizienter zu nutzen, damit sich die USA beim Erreichen ihrer Ziele für saubere Energie weniger auf andere Länder verlassen können“, sagte Jeff Spangenberger, Gruppenleiter für Materialrecycling bei Argonne.

Das Vehicle Technologies Office des DOE stellte die Finanzierung für Argonnes Teil dieses Projekts bereit.

Unternehmen, die an einer Partnerschaft mit Argonne zur Verbesserung des Batterierecyclings und der Lieferketten interessiert sind, können sich an Jeff Spangenberger wenden, Leiter der Forschungs- und Entwicklungsgruppe für Materialrecycling bei Argonne.

Argonne National Laboratory sucht nach Lösungen für drängende nationale Probleme in Wissenschaft und Technologie, indem es in nahezu allen wissenschaftlichen Disziplinen Spitzenforschung und angewandte Forschung betreibt. Argonne wird verwaltet von UChicago Argonne, GMBH für die Wissenschaftliches Amt des US-Energieministeriums.

Das Office of Science des US-Energieministeriums ist der größte Einzelförderer der Grundlagenforschung in den Naturwissenschaften in den Vereinigten Staaten und arbeitet an der Bewältigung einiger der dringendsten Herausforderungen unserer Zeit. Für weitere Informationen besuchen Sie https://​ener​gy​.gov/​s​c​ience.

Von Michael Matz, Argonnen National Labor