Nachhaltigkeit und Rentabilität des Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien

Neue Zusammenarbeit bringt Nachhaltigkeit und Rentabilität beim Recycling von Lithium-Ionen-Batterien in Einklang

Bei unserem Streben nach nachhaltigen Energielösungen sollten die Auswirkungen der Lithium-Ionen-Batterien, die Elektrofahrzeuge antreiben, auf die Umwelt und die Lieferkette nicht außer Acht gelassen werden. Während Forscher auf der ganzen Welt entschlossen sind, den Lebensdauerwert von Batterien durch bahnbrechende Designs, Recyclingtechniken und Wiederverwendungsanwendungen zu erhöhen, können diese technologischen Fortschritte unbeabsichtigte Folgen an anderer Stelle im Batterielebenszyklus haben.

Derzeit sind die umweltfreundlichsten Batteriedesigns auch am wenigsten profitabel zu recyceln. Starten Sie eine neue Zusammenarbeit zwischen dem National Renewable Energy Laboratory (NREL) und ACE Green Recycling (ACE), die darauf abzielt, Recyclingtechniken zu entwickeln und zu optimieren, die die Lücke zwischen Nachhaltigkeit und Rentabilität schließen, insbesondere für Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP). Die Finanzierung dieser Forschung erfolgte durch das Büro für Fahrzeugtechnologien des Energieministeriums über das ReCell Center.

„Aktuelle hydrometallurgische Recyclingmethoden konzentrieren sich auf die Gewinnung hochwertiger Materialien wie Lithium und Kupfer aus LFP-Batterien“, sagte Andrew Colclasure, der die Batteriematerialentwicklung und Modellierungsforschung des NREL leitet. „Um einen ganzheitlicheren Ansatz beim Recycling zu fördern, müssen wir effiziente Prozesse nachweisen, die auch minderwertige Materialien wie Graphit und Eisenphosphat in kommerziell nutzbare Produkte recyceln. Wir freuen uns darauf, gemeinsam mit unseren Industriepartnern kostengünstige Recyclingtechnologien voranzutreiben, um den Prozess wirtschaftlicher und umweltfreundlicher zu machen.“

Aktualisierte Batteriedesigns signalisieren zukünftige Herausforderungen für Recycler

Die von Automobilherstellern traditionell bevorzugten Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid-Batterien (NMC) verwenden teure und angebotsbeschränkte kritische Materialien, darunter Kobalt, Nickel und Lithium. Bedenken hinsichtlich der Materialverfügbarkeit, der ethischen Beschaffung und der Kosten haben zahlreiche Automobilhersteller dazu veranlasst, auf kobalt- und nickelfreie LFP-Batterien umzusteigen. Dadurch stieg der Anteil von LFP-Batterien am Markt für Lithium-Ionen-Batterien von 6 % im Jahr 2020 auf 27 % im Jahr 2022 (Internationale Energieagentur).

Die Umstellung auf LFP-Batterien bringt möglicherweise eine Entlastung der Kobalt-Lieferkette, stellt aber auch eine Herausforderung für Batterierecycler dar, die auf die Gewinnung hochwertiger kritischer Materialien abzielen. Dies hat zur Folge, dass LFP-Batterien trotz der steigenden Nachfrage nach Graphitelektroden derzeit seltener recycelt werden. Gemeinsam hoffen NREL und ACE, Methoden zum wirtschaftlichen Recycling von Materialien wie Graphit aus LFP-Kathoden aufzuzeigen.

„Indem wir uns jetzt auf Graphit konzentrieren, hoffen wir, die Lieferkette für Energiematerialien zu stärken und zukünftige Knappheit zu vermeiden“, sagte Colclasure. „Um eine Kreislaufwirtschaft für Elektrofahrzeuge aufzubauen, müssen wir während des gesamten Batterielebenszyklus nachhaltige Praktiken implementieren, und dazu gehört auch das Recycling minderwertiger Materialien.“

Zusammenarbeit untersucht wirtschaftliche Möglichkeiten für das Recycling von LFP-Batterien

Im Rahmen dieser Zusammenarbeit wird NREL seine Fähigkeiten in der Zellproduktion, Modellierung und Analyse nutzen, um ACE bei der Bewertung der Kommerzialisierung seiner proprietären LFP-Recyclingtechnologie zu unterstützen. Insgesamt zielt das Projekt darauf ab, optimale Recyclingparameter für Eisenphosphat und Graphit zu ermitteln, die die Leistung und Lebensdaueranforderungen von Batterien maximieren, die aus recycelten Materialien mithilfe der ACE-Technologie hergestellt werden.

„Wir freuen uns, mit dem talentierten Team von NREL auf unserem Weg zur Kommerzialisierung unserer Recyclingtechnologie für Lithium-Ionen-Batterien zusammenzuarbeiten und uns auf eine nachhaltigere inländische Lieferkette für Batteriematerialien zu konzentrieren“, sagte Vipin Tyagi, Mitbegründer und Chief Technology Officer von ACE Green . „Upcycling von Graphit kann dazu beitragen, die Nachfrage der Vereinigten Staaten nach Graphitelektroden zu decken und gleichzeitig unsere technologische und technische Führungsrolle zu festigen.“

Revolutionierung des Batterierecyclings bei NREL

Der zunehmende Übergang zu Elektrofahrzeugen ist ein wichtiger Schritt zur Dekarbonisierung des Transportwesens, doch der Weg in eine Zukunft mit sauberer Energie erfordert effiziente und nachhaltige Recyclingprozesse, um die Umweltauswirkungen von Lithium-Ionen-Batterien zu mildern. NREL ist Vorreiter Lösungen für das Batterierecycling mit ganzheitlicher und zukunftsorientierter Forschung, sowohl im Führungsteam von ReCell als auch durch die Zusammenarbeit mit Branchenexperten.

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Von Rebecca Martineau. Artikel von NREL.