Fluorfreier Binder: Akkus lassen sich per Wasserbad zerlegen

Lithium-Ionen-Akkus stecken in Smartphones, Laptops und Elektroautos. Irgendwann müssen ihre Zellen in die Wiederverwertung. Dort bremst ein unscheinbares Detail: das Bindemittel, das Elektrodenpulver und Metallfolie zusammenhält. Es macht einen kleinen Teil des Gewichts aus, bestimmt aber mit, wie sich ein Akku fertigen und wieder zerlegen lässt. Forscher:innen der University of California San Diego und des Toyota Research Institute of North America haben einen Binder entwickelt, der ohne Fluor auskommt und sich in Wasser löst.

Stabil im Akku, schwer zu trennen

Hersteller setzen meist auf fluorhaltige Binder wie Polyvinylidenfluorid. Der Kunststoff haftet stark und übersteht viele Ladezyklen. Für die Fertigung muss er in einem giftigen Lösungsmittel gelöst werden, das große Trockenöfen später verdampfen. Beim Recycling hinterlässt er hartnäckige Rückstände. Wer sie entfernen will, braucht hohe Temperaturen oder aggressive Chemikalien. Dabei entstehen gefährliche Abfälle und fluorhaltige Nebenprodukte, die das zurückgewonnene Material verunreinigen.

Zwei Polymere und Zitronensäure

Das Team um Zheng Chen von der UC San Diego und John Muldoon von Toyota mischt zwei günstige Polymere. Polyacrylsäure verteilt die Masse gleichmäßig und macht sie flexibel. Carboxymethylcellulose, ein pflanzlicher Stoff aus Lebensmitteln und Papier, liefert Festigkeit und Klebkraft. Zitronensäure verknüpft die Molekülketten zu einem Netzwerk, in dem verschiedene chemische Bindungen einander verstärken. Wasserlösliche Binder existieren schon länger, doch ihnen fehlte die Haltbarkeit für leistungsstarke Akkus.

Gleiche Leistung, rückstandsfreies Ablösen

Akkus mit dem neuen Binder erreichten dieselbe Anfangsleistung wie herkömmliche Zellen. Nach Hunderten bis Tausenden Ladezyklen behielten sie ihre Kapazität länger. Der Binder funktionierte mit Lithium-Eisenphosphat-Kathoden und nickelreichen Kathoden sowie mit Graphit- und Silizium-Anoden. Zum Recycling zerlegten die Forscher:innen die Zellen und legten die Elektroden in Wasser. Der Binder löste sich, die Beschichtung trennte sich ohne Rückstände von der Metallfolie. Aus dem zurückgewonnenen Material bauten sie neue Akkus, die so gut liefen wie Zellen aus Material von PVDF-Batterien.

Noch fehlt der Test im Industriemaßstab

Eine Lebenszyklusanalyse deutet auf geringeren Energiebedarf und niedrigere Emissionen hin. Sie bildet keine großtechnische Anlage ab. Ob sich der Binder in der Industrie herstellen und wieder ablösen lässt, zeigen erst weitere Versuche. Chen und sein Team wollen die Produktion hochskalieren, den Binder für weitere Batteriechemien optimieren und ihn mit Industriepartnern vermarkten.

via UC San Diego

Teile den Artikel oder unterstütze uns mit einer Spende.