Eine Forschergruppe in China hat gerade eine neue Methode angekündigt, mit der sich verbrauchte Lithium-Ionen-Batterien „wiederbeleben“ lassen. Damit eröffnet sich die Aussicht, die Menge an Elektroschrott aus Elektrofahrzeugen deutlich zu reduzieren und den Bedarf an der Herstellung neuer Batterien zu verringern.
„Diese Arbeit ist revolutionär, weil sie eine neue Idee für die Wiederverwendung von Batterien bietet, die das Ende ihres Lebenszyklus erreicht haben“, sagte Professor Jiangong Zhu von der Tongji-Universität in Shanghai, der auf Batterien für Elektrofahrzeuge spezialisiert ist und nicht an der neuen Studie beteiligt war, die kürzlich in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde .
Laut dem Entwicklungsprogramm der Vereinten Nationen (UNDP) könnte die Menge der zu entsorgenden Lithium-Ionen-Batterien von 900.000 Tonnen in diesem Jahr auf 20,5 Millionen Tonnen im Jahr 2040 sprunghaft ansteigen. Als weltweit führender Hersteller von Elektrofahrzeugen verarbeitet China derzeit jährlich etwa 2,8 Millionen Tonnen Altbatterien, so Huang Jianzhong, Vorsitzender der China Electronic Energy-Conserving Technology Association.
Angesichts der Aussicht auf rasch wachsende Verbrauchermärkte und Abfallmengen prognostizierten der Chemiker Yue Gao von der Universität Fudan und seine Kollegen einen enormen Bedarf an der Entsorgung von Batterien, insbesondere von Batterien für Elektrofahrzeuge.
Typischerweise erreichen Batterien von Elektroautos nach etwa acht bis zehn Betriebsjahren ihre Nutzungsgrenze, d. h. ihre Kapazität sinkt unter 80 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität. Die Kosten für die Batterie machen etwa 40 Prozent der Gesamtkosten des Fahrzeugs aus.
Gaos Team wollte ein Molekül finden, das Lithiumionen zurück in eine leere Batterie „übertragen“ kann. „Wir hatten absolut keine Ahnung, welches Molekül das kann oder wie seine chemische Struktur aussehen würde. Deshalb haben wir uns an künstliche Intelligenz gewandt“, sagte Chihao Zhao, Doktorand an der Universität Fudan und Mitglied von Gaos Team.
Das Team nutzte ein auf chemischen Gesetzen trainiertes KI-Modell in Kombination mit einer Datenbank elektrochemischer Reaktionen, um Moleküle zu finden, die die Kriterien erfüllten: leichte Löslichkeit in Elektrolytlösungen und niedrige Produktionskosten. Daraufhin schlug die KI drei Kandidaten vor, von denen sich ein Salz namens Lithiumtrifluormethansulfinat (LiSO₂CF₃) als optimal herausstellte.
Die Forscher testeten dieses Lithiumionensalz, indem sie es in einer Elektrolytlösung auflösten – dem Medium, das den Ionen die Bewegung zwischen den Elektroden der Batterie ermöglicht. Gao verglich die Methode mit dem Legen einer Infusion an einen Patienten. „Wenn wir einem Kranken ein Medikament injizieren können, um ihm bei der Genesung zu helfen, warum können wir dann nicht dasselbe ‚Elixier‘ einer leeren Batterie geben?“
Die Ergebnisse zeigten, dass die Verbindung die Lebensdauer von Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP), die häufig in Elektrofahrzeugen verwendet werden, deutlich verlängern kann. Eine typische LFP-Batterie kann etwa 2.000 Mal geladen und entladen werden, bevor sie als „leer“ gilt.
Durch Zugabe von Elektrolytlösung kurz vor Erreichen dieses Schwellenwerts konnte das Team jedoch einen Großteil der Kapazität wiederherstellen – die Batterie funktionierte fast wie neu. Am Ende des Experiments hatte die Batterie nach fast 12.000 Lade-Entlade-Zyklen noch 96 % ihrer Kapazität.
Ein weiterer Test zeigte, dass diese Methode auch mit NMC-Lithium-Ionen-Batterien (Nickel, Mangan und Kobalt) funktioniert.
Die Universität Fudan arbeitet derzeit mit dem chinesischen Batteriematerialhersteller Zhejiang Yongtai an der Kommerzialisierung der Technologie. Gao sieht in der Zusammenarbeit ein System von „Batterie-Ladestationen“ vor, an denen Besitzer von Elektrofahrzeugen alte Batterien zur Wiederaufbereitung abgeben können.
Die Idee sei „vielversprechend“, sagte Chenguang Liu, Professor an der Xi’an Jiaotong University in Liverpool. Er merkte jedoch an, dass die neue Methode noch einige Herausforderungen mit sich bringe, etwa die Sicherstellung der Kompatibilität mit verschiedenen Batteriechemikalien und, was noch wichtiger ist, die Prüfung der Sicherheit der wiederaufbereiteten Batterien.
Darüber hinaus besteht die Energiequelle eines Elektrofahrzeugs nicht nur aus einer einzelnen Batterie, sondern aus einem System von Hunderten oder gar Tausenden von Batterien, kombiniert mit Wärmekontrollsystemen und anderen komplexen Komponenten. „Derzeit testen wir nur einzelne Batterien, daher müssen wir einen Weg finden, dies auf den gesamten Batteriesatz anzuwenden“, sagte Gao.
Laut Hans Eric Melin, Geschäftsführer des in London ansässigen Beratungsunternehmens Circular Energy Storage, ist Gaos Methode einer der Ansätze, die dem „direkten Recycling“ von Batterien für Elektrofahrzeuge in China am nächsten kommen.
Melin sagt, der Ansatz habe kommerzielles Potenzial – auch wenn der Markt angesichts der Lebensdauer von Elektroautobatterien von bis zu 15 Jahren nicht riesig sein dürfte. Er weist außerdem darauf hin, dass die Batteriepacks von Elektroautos neu konzipiert werden müssten, um eine Elektrolytzufuhr zu ermöglichen.
„Die Frage ist, ob die Vorteile groß genug sind, um die Designänderung zu rechtfertigen, die sich auf die Gesamtleistung der Batterie auswirken könnte“, sagte er.
(Vietnam+)
Quelle: https://www.vietnamplus.vn/tri-tue-nhan-tao-tim-ra-tien-duoc-co-kha-nang-hoi-sinh-pin-da-can-kiet-post1043216.vnp
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