Mit der rasch wachsenden Nachfrage nach Elektrofahrzeugen in den kommenden Jahrzehnten ist auch der Bedarf an einer Möglichkeit zum Recycling der alten Batterien gestiegen. Einige Batteriefabriken und Recyclingexperten haben begonnen, zusammenzuarbeiten, um das drohende Problem anzugehen. Das Hauptziel besteht darin, das Recycling von Batterien zu einem wettbewerbsfähigen und rentablen Geschäft zu machen.
Lithiumbatterien werden für den Betrieb verschiedener Geräte wie Autos, Stromnetze und Laptops verwendet und enthalten wertvolle Metalle und andere Materialien, die zurückgewonnen, verarbeitet und wiederverwendet werden können. Lithiumbatterien versorgen das Leben von Millionen von Menschen jeden Tag.
Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4 oder LFP) ist einer der sichersten Typen von Lithium-Ionen-Batterien auf dem Markt. Die Nennspannung einer LFP-Zelle beträgt 3,2 V (Blei-Säure-Batterien: 2 V/Zelle). Eine 12,8-V-LFP-Batterie besteht also aus 4 in Reihe geschalteten Zellen, eine 25,6-V-Batterie aus 8 in Reihe geschalteten Zellen.
Lithiumeisenphosphat-Batterien müssen zum Gebrauch nicht vollständig aufgeladen werden. Der Hauptvorteil besteht darin, dass sich die Nutzungsdauer auch dann verlängert, wenn die Batterie nicht vollständig aufgeladen ist. Weitere Vorteile sind die hervorragende Zyklusleistung, der große Betriebstemperaturbereich, der geringe Innenwiderstand und der hohe Wirkungsgrad. In Fällen, in denen man z. B. vom Stromnetz getrennt ist, kann die Effizienz der Solarenergie von entscheidender Bedeutung sein. Lithium-Eisenphosphat-Batterien können einen Wirkungsgrad von 92 % erreichen. Im Gegensatz dazu erreicht eine Lithium-Eisenphosphat-Batterie bei geringer Entladung immer noch einen Wirkungsgrad von 90 %.
Lithium ist das, was Wissenschaftler als energiedicht bezeichnen, da es im Verhältnis zu seiner Größe und seinem Gewicht eine hohe Leistung bietet. Die gebräuchlichsten Begriffe bei Batterien sind Energiedichte und Leistungsdichte. Die Energiedichte wird in Wattstunden pro Kilogramm gemessen und gibt an, wie viel Energie die Batterie speichern kann. Die Leistungsdichte wird in Watt pro Kilogramm gemessen und gibt die Energiemenge an, die von der Lithium-Ionen-Batterie durch chemische Reaktionen erzeugt werden kann. Wenn Batterien entladen und geladen werden, bewegen sich Lithium-Ionen zwischen der Elektrolytkathode und der Anode im Inneren der Batterien hin und her. Dies kann jedoch gefährlich sein, da es zu Bränden oder Explosionen kommen kann, wenn sie nicht richtig geladen werden.
Einer der Hauptgründe für das Recycling von Lithiumbatterien sind die negativen Umweltauswirkungen, die den Boden und das Grundwasser verschmutzen und so die Ökosysteme und die menschliche Gesundheit im Allgemeinen bedrohen. Der Abbau von Lithium wird mit dem Rückgang der Vegetation, einem Temperaturanstieg und einer Zunahme der Dürre in den nationalen Schutzgebieten in Verbindung gebracht. Die politische Kehrseite des Lithiumabbaus ist, dass 50 % der weltweiten Kobaltproduktion aus der Demokratischen Republik Kongo stammt und mit bewaffneten Konflikten, illegalem Bergbau, Menschenrechtsverletzungen und schädlichen Umweltpraktiken verbunden ist.
Das Recycling von Batterien bringt politische und wirtschaftliche Gewinne und verringert die Menge an Material, das auf Mülldeponien landet. Die mehrfache Wiederverwertung reduziert die Umweltverschmutzung und den Bedarf an mineralischen Stoffen.
Mit dem Übergang zur Elektrifizierung von Fahrzeugen und zur Speicherung erneuerbarer Energien stellt sich die Frage, wo und wie die derzeitigen Batterien genutzt werden können. Batteriefabriken in der ganzen Welt versuchen nun, gebrauchte Batterien zu recyceln, um die Materialknappheit zu lösen. Die größten Herausforderungen beim Recycling der derzeitigen Lithiumbatterien sind auf wirtschaftliche Faktoren zurückzuführen. „Es gibt viele Gründe, warum sich das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien noch nicht überall durchgesetzt hat“, sagt Linda L. Gaines vom Argonne National Laboratory.
Hersteller von Elektroautos wie Nissan haben damit begonnen, ihre Batterien auf verschiedene Weise wiederzuverwenden, um den Energieaufwand bei der Gewinnung und den Abfall, den jede Batterie am Ende ihres Lebens verursacht, zu reduzieren. Mehrere Labors und Wissenschaftler arbeiten auch an der Verbesserung effizienter Recyclingmethoden, um schließlich einen umweltfreundlichen Weg für das Recycling der Batterien zu standardisieren. Die aus den alten Batterien wiedergewonnenen und aufgearbeiteten Materialien könnten zur Herstellung neuer Batterien verwendet werden, was die Herstellungskosten senken würde.
Die meisten dieser „Pläne“ befinden sich noch im Anfangsphase, aber die Marktnachfrage wächst rasch. Ziel ist es, Unternehmer zu ermutigen, innovative Lösungen für das Sammeln und Lagern ausrangierter Lithiumbatterien zu finden und sie zu Recyclingzentren zu transportieren, um alte Batterien in neue zu verwandeln. Es wäre besser, die Batterie wiederzugewinnen, als die darin enthaltenen Materialien zurückzugewinnen. Mit der Einführung von Elektrofahrzeugen in der Automobilindustrie müssen wir einen Weg finden, die Lithiumbatterien zu recyceln. Die Batterien können in Bereichen wie Maschinenbau und Fertigung für den Antrieb von Werkzeugmaschinen verwendet werden.
Sowohl General Motors als auch Audi planen die Herstellung von Elektrofahrzeugen innerhalb der nächsten zehn Jahre, und viele andere große Automobilunternehmen ziehen nach. General Motors hat angekündigt, den Verkauf von gasbetriebenen Fahrzeugen bis 2035 einzustellen, während Audi die Produktion von gasbetriebenen Fahrzeugen bis 2033 einstellen will. Laut Bloomberg NEF werden bis 2040 zwei Drittel der weltweit verkauften Personenkraftwagen elektrisch sein.
China ist derzeit der größte Lieferant von Lithium-Batterien und hat auch beim Recycling dieser Batterien die Nase vorn. Die abgebauten Mineralien werden größtenteils in China verarbeitet und dann an andere Fabriken auf der ganzen Welt verschifft, die Batterien für Elektrofahrzeuge herstellen.
US-amerikanische Start-up-Unternehmen wie Ascend Elements behaupten, dass sie verbrauchte Lithium-Ionen-Batterien in Batterien umwandeln können, die besser sind als neue: länger haltbar, schneller aufladbar und weniger umweltschädlich. Das Start-up Unternehmen nimmt Tausende von Pfund Lithium-Ionen-Batterien aus Handys, Elektrowerkzeugen, Laptops und Elektrofahrzeugen und zerkleinert sie, um den abgenutzten Energiezellen neues Leben einzuhauchen und Elektrofahrzeuge nachhaltiger und billiger zu machen. Nachdem das geschredderte Material durch eine Reihe von Sieben gelaufen ist, entsteht ein feines Pulver, die so genannte „schwarze Masse“. Dabei werden fast 100 % der Metalle zurückgewonnen und es entstehen keine giftigen Abfälle. Mit Lösungen wie dieser könnten die recycelten Energiezellen den USA auch ein zusätzliches Maß an Energieunabhängigkeit verschaffen.
Die Verbesserung des Recyclings von Lithiumbatterien und die letztendliche Wiederverwendbarkeit ihrer Teile wird den bereits vorhandenen Batterien einen neuen Wert verleihen, da die wertvollsten Teile von Lithiumbatterien, wie die Kathode und die Anode, ein zweites Leben erhalten können. Dies könnte den Energieaufwand, die Abfälle und die Kosten, die bei der Herstellung anfallen, erheblich reduzieren. Da die Nachfrage nach Elektrofahrzeugen in den kommenden Jahrzehnten weiter steigen wird, wird auch der Bedarf an einer Möglichkeit zum Recycling ihrer Batterien zunehmen.