Een opmerkelijke ontdekking van Yan Wang van het Worcester Polytechnic Institute in Massachusetts. Batterijen met kathodes van gerecycled materiaal deden het ongeveer 50% beter dan normale batterijen. Lost de gerecyclede lithiumion accu het recycleprobleem bij elektrische auto’s op?
Gerecyclede lithiumion accu blijkt upcycling te hebben ondergaan
Lithiumion accu’s waarvan de kathodes uit gerecycled materiaal bestaan, blijken duizenden extra oplaadcycli mee te gaan, wat overeenkomt met 50% extra levensduur. Dat is erg goed nieuws, want op dit moment is dat een heel groot probleem. Lithiumion batterijen, die je bijvoorbeeld in elektrische fietsen vindt, slijten snel waardoor ze om de paar jaar vervangen moeten worden. Wat een enorm milieuprobleem is.
Ook een groot probleem is dat bepaalde schaarse grondstoffen, zoals kobalt en natuurlijk lithium, steeds moeilijker te winnen worden omdat de natuurlijke mineraalvoorraden uitgeput raken. Het kost daardoor steeds meer energie om deze zeldzame metalen te winnen, wat ze duurder maakt en wat de milieubelasting ook vergroot.
Recycling lost grondstoffentekort op
De oplossing ligt natuurlijk voor de hand. De oude batterijen recyclen tot nieuwe. Maar fabrikanten maken zich zorgen dat de nieuwe batterijen die gemaakt zijn van gerecyclede materialen niet zo goed zijn als de oude batterijen. Uit het opmerkelijke onderzoek van materiaalwetenschapper prof. dr. Yan Wang lijkt juist het omgekeerde. Batterijen die gemaakt zijn van gerecyclede materialen blijken zelfs even goed tot beter te presteren dan nieuwe materialen, aldus Wang.
Met behulp van versnipperde gebruikte lithiumion accu’s, haalden Wang en collega’s de elektroden eruit en losten de metalen uit die blokjes accu op in een zure oplossing. Door de pH van de oplossing precies de juiste waarde te geven, verwijderde het team onzuiverheden zoals ijzer en koper uit de oplossing en won meer dan 90 procent terug van de drie belangrijkste metalen: nikkel, mangaan en kobalt. Deze teruggewonnen metalen vormden de basis voor het kathodemateriaal van het team.
Tot 50% langere levensduur
Vervolgens legden Wang en zijn mensen hun gerecyclede lithiumion accu’s op de pijnbank. In tests om te testen hoe goed accu’s hun capaciteit behouden om energie op te slaan na herhaaldelijk gebruik en opladen, blijken de batterijen met gerecyclede kathoden het opmerkelijk genoeg beter te doen dan commerciële materialen met dezelfde samenstelling. Het kostte de batterijen met gerecyclede kathoden 11.600 laadcycli om 30 procent van hun oorspronkelijke capaciteit te verliezen. Dat is ongeveer 50 procent beter dan de toch al respectabele 7.600 cycli voor de batterijen met nieuwe kathoden, meldt het team op 15 oktober in Joule. Die duizenden extra cycli kunnen zich vertalen in jaren van betere batterijprestaties, zegt Wang.
Gerecyclede lithiumion accu heeft grotere poriën
Toen de onderzoekers het gerecyclede materiaal onder een elektronenmicroscoop legden, werd duidelijk waarom de gerecyclede batterijen het beter deden. De gerecyclede brokjes bleken namelijk grotere gaten te bevatten, waardoor lithiumionen makkelijker door het kathodemateriaal konden stromen. Ook maakte de grotere porositeit de materialen beter bestand tegen barsten, waardoor ze langer meegingen.
Bron
- Yan Wang et al., Recycled cathode materials enabled superior performance for lithium-ion batteries, Joule, 2021, DOI: https://doi.org/10.1016/j.joule.2021.09.005
- Yan Wang in Joule: Recycled Materials from Used Lithium-ion Batteries Outperform New Materials, Worcester Polytechnic University News, 2021