Een lege batterij lijkt in het gebruikelijke verhaal bijna een object dat het einde van zijn levensduur heeft bereikt. Het wordt ontmanteld, verbrijzeld, gereduceerd tot materiaal dat met hitte, zuren en zware industriële stappen kan worden teruggewonnen. Binnenin is echter nog steeds een belangrijk deel van zijn eerdere werk aanwezig: versleten elektroden, ja, maar toch nog steeds herkenbaar, nog steeds gestructureerd, nog steeds heel genoeg om een tweede kans te verdienen. De nieuwe recyclingmethode voor lithiumbatterijen begint daar, vanuit een minder brutaal idee: de elektroden behandelen als componenten die gerepareerd moeten worden, in plaats van als stof die helemaal opnieuw moet worden opgebouwd.
De techniek heet DEER, een acroniem voor directe elektrode-naar-elektrode-regeneratie, en werkt op lithiumionbatterijen die het einde van hun levensduur hebben bereikt. De elektroden worden terwijl ze nog intact zijn verwijderd en ondergedompeld in een aparte cel met een elektrochemische oplossing op basis van 1,3-dimethyl-2-imidazolidinon. Laboratoriumnaam, zeer concreet effect: het oplosmiddel lost de isolatielaag op die zich geleidelijk vormt tussen de anode en kathode tijdens de laad- en ontlaadcycli, een van de redenen waarom de batterij na verloop van tijd capaciteit verliest. De studie gepubliceerd op Energie- en milieuwetenschappen geeft herstel tot 95% van de capaciteit en grotere stabiliteit in daaropvolgende cycli aan.
Het probleem zit in de laag
Bij lithium-ionbatterijen lijkt veroudering op een patina die zich opbouwt daar waar de chemie het hardst werkt. Deze laag, de elektrode-elektrolyt-interfase genoemd, groeit bij gebruik en belemmert uiteindelijk de doorgang van ionen. De batterij laadt slechter op, presteert minder, verliest autonomie. De DEER-methode probeert precies op die barrière in te grijpen, waarbij de inactieve componenten worden opgelost zonder de architectuur van de elektroden te vernietigen.
Het verschil met traditionele recycling ligt hier. Tegenwoordig worden veel batterijen bij hoge temperaturen gesmolten met pyrometallurgische processen, of versnipperd om de zogenaamde zwarte massa te verkrijgen, een donkere massa die rijk is aan kritische materialen die vervolgens moet worden behandeld met chemische processen, vaak zuur, om metalen zoals nikkel, kobalt, lithium en koper terug te winnen. Het zijn nuttige, volwassen technieken die al in de industrie aanwezig zijn. Ze hebben echter een energetische, ecologische en economische prijs. Na herstel moeten de materialen worden verfijnd, opnieuw gesynthetiseerd en weer worden omgezet in celcomponenten. De weg wordt behoorlijk lang.
Bij directe recycling wordt de kringloop echter verkort. De elektroden worden gereinigd en geregenereerd in hun oorspronkelijke vorm, waarna ze opnieuw in een nieuwe cel kunnen worden geplaatst. De studie rapporteert een reductie van 56% in de productiekosten van gerecyclede cellen vergeleken met op pyro- en hydrometallurgie gebaseerde routes, samen met een afname van het energieverbruik en de uitstoot van broeikasgassen. Dit zijn belangrijke cijfers, vooral in een sector waar elke industriële stap weegt op de marges en de werkelijke duurzaamheid van de toeleveringsketen.
Minder stof, meer herstel
Het onderwerp recycling van lithiumbatterijen wordt steeds minder technisch en steeds politieker. Elektrische auto’s, huishoudelijke opslag, systemen voor hernieuwbare energie, draagbare elektronica: de vraag naar batterijen groeit en daarmee ook de druk op lithium, nikkel, kobalt en grafiet. Het zijn materialen die worden gewonnen in complexe toeleveringsketens, vaak geconcentreerd in een paar landen, met milieu- en geopolitieke kosten die moeilijk te negeren zijn. Elke beter teruggewonnen batterij betekent minder grondstoffen die elders moeten worden gejaagd en minder afval dat moeilijk te beheren is.
De Europese Unie gaat al in deze richting met strengere regels. Voor lithiumbatterijen bereiken de doelstellingen voor recyclingefficiëntie 65% tegen eind 2025 en zullen ze stijgen tot 70% tegen 2030. Voor de terugwinning van materialen omvatten de doelstellingen 90% voor kobalt, koper, lood en nikkel en 50% voor lithium tegen 2027; tegen 2031 zal dit percentage stijgen tot 95% voor kobalt, koper, lood en nikkel en tot 80% voor lithium. In de praktijk wordt de gebruikte batterij steeds meer behandeld als een secundaire mijn, met precieze verplichtingen en cijfers.
Binnen dit raamwerk zou een methode die in staat is de elektroden te regenereren zonder het onderdeel onmiddellijk te vernietigen, van enorme waarde zijn. Het sleutelwoord blijft echter ‘zou’. De volgende stap zal zijn het demonstreren van de werking op industriële batterijen en op cellen met complexere vormen van degradatie. De tot nu toe geteste batterijen waren voor ongeveer 70-80% gezond, een typische toestand voor veel accu’s van elektrische voertuigen die aan het einde van hun levensduur zijn voor gebruik in de auto, maar nog steeds verre van de ergste gevallen.
Het tweede leven is echt nodig
De DEER-methode elimineert voorlopig de problemen van het recyclen van batterijen niet. Wat overblijft is inzameling, veilige demontage, verscheidenheid aan chemicaliën, standaardisatie van pakketten, brandrisicobeheer en grootschalig gemak. Een smartphonebatterij, een scooterbatterij, een batterij voor een elektrische auto en een stationaire accu behoren tot dezelfde familie, maar van binnen kunnen ze heel verschillende geometrieën, materialen en niveaus van degradatie hebben. Een techniek van het laboratorium naar de fabrieken brengen betekent het vervuilen met deze realiteit: volumes, tijden, kosten, veiligheid, logistiek.
De richting is echter interessant omdat het het industriële gebaar verandert. In plaats van aan te nemen dat een gebruikte batterij moet worden weggegooid, kun je proberen het onderdeel dat nog bruikbaar is, te bewaren. Het is een verandering van uiterlijk die qua uiterlijk slechts klein is. In een supply chain die al jaren lineair redeneert: extraheren, produceren, consumeren, weggooien, maakt het direct terugwinnen van de elektroden circulariteit minder decoratief en concreter.
Lithiumbatterijen zullen in steeds grotere hoeveelheden blijven verouderen, capaciteit verliezen en het einde van hun levensduur bereiken. Het verschil zal worden gemaakt door de manier waarop ze worden behandeld als ze stoppen met het besturen van een auto, een opslagruimte of een apparaat. Het onmiddellijk vernietigen ervan zal steeds moeilijker te rechtvaardigen zijn, als er zelfs maar een mogelijkheid bestaat om te repareren wat er nog in staat.
Mogelijk bent u ook geïnteresseerd in:
