Evonik entwickelt Membran zum Recyceln von Lithium aus Batterien

Mit einer neuartigen Keramikmembran kann Lithium aus Altbatterien gefiltert und zu neuem Grundstoff für Batterien aufbereitet werden. Der Chemiekonzern Evonik gibt bekannt an so einer Technologie zu arbeiten. In drei bis fünf Jahren soll dafür die Marktreife erreicht sein.

Die neue Technologie soll es ermöglichen, Lithium aus Schwarzer Masse zu filtern. Als Schwarze Masse bezeichnet man im Batterie-Recycling ein schwarzes Pulver was zurückbleibt, nachdem Batterien mechanisch zerkleinert und von Folien, Klebern und Hüllen befreit wurden. Das Pulver enthält Lithium, die Kathoden-Bestandteile und das Grafit der Anode. Lithium aus diesem Pulver zu gewinnen, ist bisher nur unter hohem Einsatz von Energie und Chemikalien möglich, und wurde von vielen Batterie-Recyclern daher nicht praktiziert. Genau hier setzt Evonik mit seiner Membran-Technik an.

Bereits 2019 führte der Konzern einen unternehmensinternen Ideenwettbewerb durch. Dabei wurde das Konzept Lithium mit einer selektiven Keramikmembran aus Batterierecyclingabwässern zu filtern vorgestellt. Um an das Lithium zu gelangen, müssen die lithiumhaltigen Abwässer zwischen der Membran und einer Anode fließen. Auf der anderen Seite fließt Wasser zwischen der Membran und einer Kathode. Der Prozess ist der der Elektrolyse sehr ähnlich. Positiv geladene Lithium-Ionen wandern in Richtung Kathode. Die Membran lässt nur Lithium-Ionen durch. Und zwar immer nur genauso viele, wie sie aus dem Recyclingabwasser aufnimmt. Auf der Kathodenseite reagiert das Wasser zu Wasserstoff und Hydroxid. Letzteres reagiert mit dem abgegebenen Lithium zu Lithiumhydroxid.

„In ein paar Jahren sind viele Lithium-Ionen-Batterien am Ende ihrer technischen Lebenszeit“, sagt Elisabeth Gorman, Expertin für Lithium-Recycling bei Evonik. „Sprunghaft steigen damit bald also auch die Mengen an Altbatterien, die sich fürs Lithium-Recycling eignen.“

Das ist nicht nur eine Chance für das Recycling, sondern wird in der EU auch verpflichtend. Bereits in vier Jahren müssen 35 Prozent des Lithiums, das in Altbatterien enthalten ist, zurückgewonnen werden. Bis zum Ende der Dekade muss der Anteil laut EU-Norm auf 70 Prozent steigen.

Die Technologie eigne sich nicht ausschließlich zum Recyclen von Altbatterien, sondern kann auch den Produktionsausschuss der Batterieproduktion wiederverwerten. Mit Blick auf den Markthochlauf der Elektromobilität geht Evonik davon aus, dass Recycling langfristig etwa 25 Prozent des Lithiumbedarfs decken könnte. Das Unternehmen ist nicht alleine bei der Forschung nach neuen und effizienteren Recyclingmethoden für Lithium-Ionen-Batterien. Erst vor kurzer Zeit entwickelten Forschende am Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung (ZSW) Baden-Württemberg ein neues Verfahren mit dem sich die intakte Kathodenstruktur recyclen lässt.