Ein neu entwickelter Klebstoff könnte die Herstellung und das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien deutlich vereinfachen. Forscher der University of California San Diego setzen dabei auf eine umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen Bindemitteln. Der Ansatz könnte nicht nur problematische Chemikalien ersetzen, sondern auch die Rückgewinnung wertvoller Batterierohstoffe erleichtern.
Mit der steigenden Anzahl von Elektroautos auf den Straßen weltweit wächst auch der Bedarf an leistungsfähigen Batterien. Das bestätigen auch Prognosen zum Leistungsbedarf von Batterien für E-Autos, der in den Jahren bis 2030 deutlich ansteigen wird. Denn während der Bedarf im Jahr 2024 noch bei rund 900 Gigawattstunden lag, könnte die Zahl bis 2030 auf rund 3.000 Gigawattstunden ansteigen.
Langfristig nimmt so allerdings auch die Menge ausgedienter Batterien zu, die entsorgt oder wiederverwertet werden müssen. Da diese wertvolle und teure Rohstoffe wie Lithium, Nickel und Kobalt enthalten, ist ein möglichst effizientes Recycling von großer Bedeutung.
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Die Rückgewinnung ist daher sowohl aus wirtschaftlicher als auch aus ökologischer Sicht sinnvoll. Denn die vorhandenen Materialien können den Bedarf an neu abgebauten Rohstoffen verringern und so auch Kosten und Umweltbelastung der Batterieproduktion senken.
Eine Entwicklung von Forschern der University of California San Diego könnte Lithium-Ionen-Batterien künftig umweltfreundlicher gestalten. Denn die Wissenschaftler haben einen neuen Kleber entwickelt, der ohne Fluor auskommt und das Recycling von E-Auto-Batterien deutlich erleichtern könnte.
Neuer Klebstoff vereinfacht das Recycling von E-Auto-Batterien
Die Forscher der University of California San Diego haben ein neuartiges Bindemittel für die Herstellung von Lithium-Ionen-Akkus entwickelt. Bindemittel wirken in der Batterie wie eine Art Klebstoff, der die Materialien innerhalb der Batterieelektroden zusammenhält.
Herkömmliche Bindemittel enthalten dabei häufig Fluor und müssen bei der Batterieherstellung mithilfe giftiger Lösungsmittel verarbeitet werden. Sie sorgen für eine starke Haftung und gleichmäßige Elektroden, die auch nach zahlreichen Lade- und Entladezyklen stabil bleiben.
„Doch genau diese Stabilität erschwert auch das Recycling der Batterien erheblich“, erklärt Professor Zheng Chen von der University of California San Diego. Die Bindemittel ermöglichen zwar eine hohe Batterieleistung sowie eine lange Lebensdauer. Der Herstellungsprozess ist dadurch jedoch energieintensiv und belastet die Umwelt.
Doch auch beim Recycling stellen die Stoffe ein Problem dar. Denn aufgrund ihrer hohen chemischen Stabilität lassen sie sich nur schwer entfernen. Für diese Prozesse werden oft hohe Temperaturen oder aggressive Chemikalien benötigt.
Fluorhaltige Rückstände können außerdem die zurückgewonnenen Batteriematerialien verunreinigen und deren Wiederverwendung erschweren. Der neu entwickelte Klebstoff soll diese Probleme lösen. Er kommt ohne Fluor aus und lässt sich mit Wasser verarbeiten.
Das erleichtert vor allem das Recycling, wie die Forscher berichten. Sie konnten die Elektroden einfach in Wasser einweichen und so das Bindemittel lösen. Dadurch ließen sich die wertvollen Elektrodenmaterialien sauber von den Metallfolien trennen. Hohe Temperaturen und aggressive Chemikalien sind dafür nicht notwendig.
Neues Bindemittel beeinträchtigt die Batterieleistung nicht
Für das neu entwickelte Bindemittel haben die Forscher ein klebstoffartiges Material mit Elektrodenpulvern vermischt. Daraus konnten sie dann feste Schichten bilden, die auf dünne Metallfolien im Inneren der Batterie aufgebracht werden.
Das neue Bindemittel besteht aus zwei kostengünstigen und weit verbreiteten Polymeren. Polyacrylsäure sorgt für eine gleichmäßige Verteilung und Flexibilität, während die aus Pflanzen gewonnene Carboxymethylcellulose Festigkeit und Haftung gewährleistet.
Die Forscher lösten beide Stoffe zunächst in Wasser und fügten anschließend Zitronensäure hinzu, um die Polymere chemisch miteinander zu verbinden. Dadurch entstand eine stabile Netzwerkstruktur, die dem Bindemittel die nötige Festigkeit und Flexibilität verleiht, um mit herkömmlichen fluorhaltigen Bindemitteln mithalten zu können.
Für ihre Batterien mit dem neuen fluorfreien Bindemittel konnten die Forscher die gleiche Anfangsleistung wie bei herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien nachweisen. Diese behielten ihre Kapazität sogar über Hunderte bis Tausende von Ladezyklen hinweg.
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