Lithium-Ionen-Batterien versorgen Mobiltelefone, Tablets und Elektrofahrzeuge mit Strom und speichern erneuerbare Energien. Mit ihrer Verbreitung steigt jedoch die Zahl ausgemusterter Akkus. Ihr Recycling verspricht, die Umweltbelastung zu senken und Rohstoffe wie Lithium, Kobalt, Nickel und Mangan für neue Akkus zu liefern. Übliche hydrometallurgische Verfahren nutzen Säure- oder Ammoniaklaugung zur Aufbereitung. Der häufige Einsatz von Säuren und Basen steigert jedoch die Umweltbelastung und birgt Sicherheitsrisiken. Umweltschonender und sicherer wäre ein pH-neutrales Verfahren.

Ein chinesisches Forschungsteam berichtet in der Zeitschrift "Angewandte Chemie", so ein neues Recycling-Verfahren erfolgreich entwickelt zu haben. Dieses soll eine umweltschonende Aufbereitung von Lithium und anderen Metallen aus verbrauchten Lithium-Ionen-Akkus ermöglichen. Dem Forschungsteam um Lei Ming und Xing Ou von der Central South University in Changsha scheint es gelungen zu sein, die aggressiven Reagenzien klassischer Laugungsverfahren durch umweltfreundlichere zu ersetzen.

Mikro-Batterien und Glycin als Schlüsselidee

Die Tricks des neuen Laugungsverfahrens: Sie erzeugen "Mikro-Batterien", die das verbrauchte Kathodenmaterial der Akkus aufbrechen. Das Team mischt die mit Lithium beladenen Nickel-Cobalt-Mangan-Oxid-Partikel in einer neutralen Flüssigkeit mit einem Eisen(II)-Salz, Natriumoxalat und der Aminosäure Glycin. Daraufhin bildet sich eine dünne, feste Schicht aus Eisen(II)-Oxalat auf den Partikeln.

Diese "Schale" dient als Anode, die NCM-Kerne fungieren als Kathode (Batterieeffekt). Der direkte, enge Kontakt erleichtert den Elektronentransfer. Zudem verhindert die Beschichtung, dass sich unerwünschte Nebenprodukte auf den Partikeln ablagern. Der Batterieeffekt löst eine elektrochemische Reaktion aus: Eisen(II)-Ionen oxidieren zu Eisen(III)-Ionen, während Sauerstoffionen der oxidischen NCM-Partikel mit Wasser zu Hydroxid-Ionen reagieren. Dadurch brechen die NCM-Schichten auf und eingelagerte Lithium- sowie Nickel-, Kobalt- und Mangan-Ionen gelangen in die Lösung.

Der zweite Verfahrenstrick liegt im Einsatz von Glycin, was den pH-Wert der Lösung im neutralen Bereich hält. Das neue Verfahren extrahierte im Laborversuch laut eigenen Angaben innerhalb von 15 Minuten 99,99 Prozent Lithium, 96,86 % Nickel, 92,35 % Kobalt und 90,59 % Mangan aus verbrauchten Kathoden.

Die effiziente Laugung in neutraler Lösung würde neue Wege für ein großangelegtes, umweltfreundliches Recycling von Altbatterien öffnen. Dabei entstünden kaum schädliche Gase und das Glycin-Abwasser könnte als Dünger dienen. Das Verfahren würde deutlich weniger Energie verbrauchen und weniger als bisherige Methoden kosten.