Empa-Projekt will Recycling von Lithium-Ionen-Akkus erleichtern

Lithium-Ionen-Akkus enthalten fluorreiche Salze. Diese zerfallen an feuchter Luft zu giftigem, stark ätzendem Fluorwasserstoff. Die Gefährlichkeit von Fluorwasserstoff erschwert und verteuert das Recycling. Nunn startet ein Forschungsprojekt, um dieses Problem zu lösen.

Man rechnet mit einer Verzehnfachung der Antriebs- und Speicherbatterien innerhalb der nächsten zehn Jahre. Dies berichtet die Global Battery Alliance des World Economic Forum WEF. Dabei würden Lithium-Ionen-Akkus den grössten Anteil ausmachen.

Aufgrund der enormen Menge an Batterien, die in den kommenden Jahren gefertigt und rezykliert werden, gerät Fluor in den Fokus. Das teilen die Forscher mit. Dieses chemische Element stecke in kleinen Mengen in allen Lithium-Ionen-Akkus.

Die Elektrolytflüssigkeit eines solchen Akkus enthält die Fluor-Verbindung Hexafluorophosphat Anionen PF6-. Diese sorgt für die Langzeitstabilität der Batterie und ermöglicht hohe Zellspannungen. Der Nachteil ist, dass PF6- in Kontakt mit Wasser oder an feuchter Luft zu giftigem, stark ätzendem Fluorwasserstoff HF zerfällt.

Während die Batterie in Betrieb ist, muss sie also in einer vollkommen dichten, luftundurchlässigen Hülle stecken. Ansonsten emittiert sie giftige Fluor-Verbindungen. Spätestens beim Recycling wird jedoch die luftdichte Hülle aufgeschlitzt. Der nun entstehende Fluorwasserstoff macht das Recycling kompliziert und teuer.

Die Eidg. Materialprüfungs- und Forschungsanstalt «Empa» beginnt nach eigenen Angaben im Sommer 2020 mit dem Forschungsprojekt namens «Fluoribat». Damit will dem Problem entgegengetreten werden.

Das Forschungsteam von Corsin Battaglia, Leiter der Abteilung «Materials for Energy Conversion», hat einen neuen Elektrolyten für Lithium-Ionen-Batterien entwickelt. Dieser besteht aus nicht-brennbaren wasserbasierten Elektrolyten und ist mit bereits heute gebräuchlichen Elektrodenmaterialien in diesen Akkus kompatibel.

«Unsere Zellen weisen nach 200 Lade- und Entladezyklen noch mehr als 80 Prozent der Anfangskapazität auf». So lässt sich Maximilian Becker, Batterieforscher in der Abteilung von Battaglia, in der Medienmitteilung zitieren.

Das gegenüber Wasser stabile Lithiumsalz könnte im Grossmassstab zu konkurrenzfähigen Preisen hergestellt werden. Für eine erfolgreiche Kommerzialisierung muss die Langzeitstabilität weiter verbessert werden.

Doch wenn sich diese Hürde überwinden lässt, könnte eine solche Batterie wesentlich kostengünstiger produziert und rezykliert werden. Eine absolut trockene Umgebung wäre dann nicht mehr notwendig.

Werden die Elektrolyt-Salze aus Batterien auf einfache Weise wiedergewonnen, kann das darin enthaltene Fluor für neue Batterien verwendet werden. Die «Empa»-Abteilung «Technologie und Gesellschaft» ist spezialisiert auf das Recycling von Batterien. Ausserdem beschäftigen sie sich stark mit der Berechnung der Umweltauswirkungen neuer technologischer Anwendungen entlang ihres Lebenszyklus.

Die Analyse soll zeigen, welche Vorteile Batterien haben, die auf wasserunempfindlichen Fluor-Salzen basieren. In der Studie soll diese neue Generation von Akkus hinsichtlich Sicherheit und Umwelt mit Akkus der heutigen Generation verglichen werden.