Elektrificatie ter vervanging van fossiele brandstoffen is een noodzaak. Daarvoor hebben we batterijen nodig, en batterijen zijn nog altijd de zwakke schakel. Ze bevatten immers kritieke grondstoffen die gerecycleerd moeten worden om duurzaam te zijn. Het ACROBAT-consortium heeft technieken onderzocht om lithium-ijzerfosfaat- batterijen - kortweg LFP-batterijen - op een doeltreffende manier te recycleren.
LFP-batterijen, een specifiek type van lithium-ion batterijen, zijn goedkoper dan andere lithium-ion batterijen, kennen een lange levensduur, vragen weinig tot geen onderhoud, zijn veilig, licht in gewicht en kennen een verbeterde laad- en ontlaadefficiëntie. Ze maken dan ook een groot deel uit van de batterijmarkt en worden steeds meer ingezet in voertuigen, thuisbatterijen en e-bikes/e-steps. Hun lage kostprijs is meteen ook een grote hindernis bij recyclage. Ze bevatten weliswaar kritieke grondstoffen zoals lithium, fosfor en grafiet, maar door hun lage economische waarde wordt de recyclage ervan momenteel gezien als niet kostenefficiënt. Hoewel steeds meer LFP-batterijen ingezet worden, zullen tegen 2030 meer dan 40% van de te recycleren Li-ion batterijen van het LFP-type zullen zijn, en dringt de nood aan een performante manier van recycleren zich dus op.
In het ACROBAT-project hebben het Belgische VITO en de KU Leuven, het Duitse Fraunhofer ILT, het Italiaanse ENEA en het Duitse batterijrecyclagebedrijf Accurec Recycling GmbH bestudeerd op welke manier innoverende en milieuvriendelijke processen en scheidingstechnieken ervoor kunnen zorgen dat een maximale hoeveelheid batterij-materialen teruggewonnen kunnen worden en als hoogwaardige producten opnieuw in het productieproces kunnen opgenomen worden.
Voorbehandelen
In een eerste fase is gekeken naar de voorbehandeling van de batterijen waarbij de waardevolle fracties werden weerhouden voor verdere recyclage. Dat proces werd eerder al ontwikkeld door Accurec Recycling GmbH voor andere batterijen en nu aangepast voor LFP-batterijen. Deze behandeling produceerde materiaalfracties met lagere verontreinigingen en een - zogenaamde – ‘black mass’ van hoge zuiverheid werd verkregen. Het bijzondere in het project is dat men erin geslaagd is om het elektrolyt te recycleren waarbij zowel het lithiumzout als het solvent herwonnen zijn. Dat is voor Li-ion-batterijen vrij uniek.
Recyclage
Het is echter noodzakelijk om het kathode- en anodemateriaal uit de batterij te recycleren, aangezien het net deze fijnkorrelige materialen zijn die de kritieke grondstoffen bevatten en die gemengd voorkomen in de verkregen black mass.
Tijdens het project is men erin geslaagd om de black mass op een loopband te scannen met een volledig optische analysetechnologie, de LIBS-technologie, om de samenstelling ervan te bepalen. Met deze technologie kan men, in tegenstelling tot andere technologieën, ook lithium en koolstof detecteren. Tijdens het project is men er ook in geslaagd om dit kathode- en anodemateriaal van elkaar te scheiden. Op die manier kon men zowel grafiet (anode) als lithium ijzerfosfaat (kathode) afzonderlijk weerhouden.
Opnieuw gebruiken
Een van de uitdagingen van dit project was hoe je kathodemateriaal uit afvalbatterijen opnieuw inzet. De structuur en samenstelling ervan is immers, door al het voorgaande, gewijzigd. Een hydrothermisch proces werd ontwikkeld om dit materiaal te herstellen en de ontbrekende lithium-ionen terug aan te brengen, terwijl de nodige reactietijd sterk werd ingekort. Het verkregen materiaal kan overigens onmiddellijk terug ingezet worden als kathodemateriaal in nieuwe batterijen. Verder kon ook lithium herwonnen worden uit de black mass en direct omgezet worden naar lithiumhydroxidemonohydraat van hoge zuiverheid, wat een hoogwaardig product voor de productie van nieuw batterijmateriaal is.
Geslaagd
“Dit project is een hele stap vooruit in het recycleren van LFP-batterijen. We zijn erin geslaagd om er de kritieke grondstoffen uit te halen en klaar te maken voor nieuwe toepassingen”, zegt Jeroen Spooren (VITO). “Wij zijn hier met het consortium in geslaagd én we hebben dat gedaan met échte afvalbatterijen. We hebben nu wel alle gerecycleerde onderdelen, en die moeten nu verder getest worden in nieuwe batterijen en op grote schaal.”
| In ACROBAT bundelden de partners hun expertise |
|
Meer info op: www.acrobat-project.eu
En via LinkedIn.
Bron: 2018-2024 VITO