Neues Verfahren verlängert Lebensdauer von Elektroauto-Batterien

Elektroauto-Batterien müssen nicht zwangsläufig zerkleinert werden, wenn sie an Kapazität verlieren. Forscher der Cornell University haben eine Methode entwickelt, um einen Teil ihrer Leistung zurückzugewinnen, ohne die Komponenten vorher zerstören zu müssen. Die Technik könnte einen neuen Weg eröffnen, um die Lebensdauer von Batterien zu verlängern, die noch einen Großteil ihrer Struktur erhalten haben.

Direct Electrode-to-Electrode Regeneration (DEER)

Das Verfahren, genannt Direct Electrode-to-Electrode Regeneration (DEER), konzentriert sich auf ein häufiges Problem bei Lithium-Ionen-Batterien. Bei Lade- und Entladevorgängen lagern sich an den Elektroden Schichten, die sogenannte Elektrolyt-Festkörper-Grenzfläche (SEI), ab. Während eine geringe Menge für den Betrieb der Batterie notwendig ist, erschwert ein übermäßiges Wachstum die Bewegung von Elektronen und reduziert die verfügbare Kapazität.

Um DEER anzuwenden, zerlegen die Forscher gebrauchte Zellen und unterziehen ihre Elektroden einem elektrochemischen Bad, das 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon (DMI) enthält. Diese Behandlung entfernt einen Teil der SEI-Akkumulation, ohne den Elektrode zu zerstören, der anschließend zur Herstellung einer neuen Zelle verwendet werden kann.

Beeindruckende Ergebnisse

Die Ergebnisse der Tests sind beeindruckend. Regenerierte Batterien erholten bis zu 95 % ihrer ursprünglichen Kapazität. Darüber hinaus verloren die behandelten Zellen während ihres späteren Betriebs langsamer an Kapazität. Die Degradation sank von 0,072 % pro Zyklus in den verschlechterten Batterien auf 0,042 % in den Batterien, die dem DEER-Prozess unterzogen wurden – ein Unterschied, der sich über etwa 800 Zyklen hinweg hielt.

Das Verfahren kann sogar wiederholt werden. In einem weiteren Experiment erholte eine bereits regenerierte Batterie bis zu 90 % ihrer ursprünglichen Kapazität nach einer zweiten Anwendung des Prozesses.

Neuer Ansatz für das Recycling

Der Ansatz ändert das übliche Recycling-Vorgehen grundlegend. Derzeit zerkleinern viele Anlagen Batterien, um eine Mischung, die sogenannte „Schwarzmasse“, zu erhalten, aus der dann Materialien wie Lithium, Nickel, Kobalt, Mangan, Kupfer oder Aluminium durch chemische Prozesse oder unter Verwendung hoher Temperaturen zurückgewonnen werden. DEER versucht, zunächst die Elektroden selbst zu erhalten, um sie wiederzuverwenden. Dies könnte für Elektroautos interessant sein. Wenn eine Batterie auf etwa 70-80 % ihrer ursprünglichen Kapazität sinkt, kann sie die Reichweitenanforderungen eines Fahrzeugs nicht mehr erfüllen, obwohl ihre Komponenten noch Spielraum für weitere Funktionen haben.

Allerdings eignet sich die Technik nicht für alle verschlechterten Batterien. Wenn der Verschleiß von gerissenen Partikeln, Lithiumverlust, strukturellen Schäden oder mechanischen Problemen herrührt, würde dieses Verfahren das Problem nicht lösen. Darüber hinaus müssen die Zellen zerlegt werden, um die Elektroden zu extrahieren, da die Forscher feststellten, dass das direkte Einbringen der DMI-Lösung in eine intakte Batterie keine guten Ergebnisse lieferte.

Cornell schätzt, dass das Recycling mit DEER Kosten von etwa 15,25 US-Dollar pro Kilogramm verursachen könnte, gegenüber 26,31 US-Dollar bei herkömmlichen Methoden.