‘Gerecycleerde lithiumbatterijen even goed – en soms zelfs beter – als nieuwe’

Maar terwijl de recyclingindustrie voor EV-batterijen een vlucht begint te nemen, blijft het moeilijk om autofabrikanten ertoe te brengen gerecyclede materialen te gebruiken. "Over het algemeen hebben mensen de indruk dat gerecycled materiaal niet zo goed is als nieuw materiaal", zegt Yan Wang, hoogleraar werktuigbouwkunde aan het Worcester Polytechnic Institute (VS) en mede-oprichter van Battery Resourcers, een start-up die kathoden recyclet. "Batterijbedrijven aarzelen nog steeds om gerecycled materiaal in hun batterijen te gebruiken."

Volgens een studie door Wang en een team met onderzoekers van het Amerikaanse Advanced Battery Consortium (USABC) en batterijbedrijf A123 Systems, hoeven batterij- en autofabrikanten zich echter geen zorgen te maken. Blijkens de resultaten, gepubliceerd in het tijdschrift Joule, kunnen batterijen met gerecyclede kathoden net zo goed of zelfs beter zijn dan batterijen die nieuwe materialen gebruiken.

Het team testte batterijen met gerecyclede NMC111-kathodes, de meest voorkomende kathodesmaak die een derde van nikkel, mangaan en kobalt bevat. De kathoden zijn gemaakt met behulp van een gepatenteerde recyclingtechniek van Battery Resourcers.

Het gerecyclede materiaal vertoonde een meer poreuze microscopische structuur waardoor lithiumionen beter in en uit kunnen glippen. Het resultaat: batterijen met een energiedichtheid die vergelijkbaar is met die gemaakt met commerciële kathoden, maar die ook een tot 53% langere levensduur hebben.

Hoewel de gerecyclede batterijen niet in auto’s werden getest, werden tests uitgevoerd op industrieel relevante schaal. De onderzoekers maakten 11 ampère-uur industriestandaard zakcellen geladen met materialen met dezelfde dichtheid als EV-batterijen. Ingenieurs bij A123 Systems hebben de meeste tests uitgevoerd, zegt Wang, met behulp van een protocol dat is ontwikkeld door de USABC om te voldoen aan de commerciële levensvatbaarheidsdoelen voor plug-in hybride elektrische voertuigen. Hij zegt dat de resultaten bewijzen dat gerecyclede kathodematerialen een levensvatbaar alternatief zijn voor nieuwe materialen.

Het gaat om de kathode

EV-batterijen zijn complex en het is niet eenvoudig om ze te recyclen. Het houdt in dat je ze verbrandt met veel energie, of ze vermaalt en oplost in zuren. De meeste grote recyclingbedrijven, die voornamelijk batterijen voor consumentenelektronica recyclen, en opkomende startups voor het recyclen van batterijen gebruiken deze methoden om afzonderlijke elementen te produceren voor verkoop aan batterijmateriaalbedrijven, die op hun beurt de hoogwaardige materialen voor auto- en batterijfabrikanten zullen maken.

Maar de echte waarde van een EV-batterij zit in de kathode, benadrukt Wang. Kathodematerialen zijn gepatenteerde combinaties van metalen, waaronder nikkel, mangaan en kobalt, die worden verwerkt tot deeltjes met specifieke afmetingen en structuren.

De recyclingtechnologie van Battery Resources produceert verschillende kant-en-klare NMC-kathodematerialen op basis van wat een autobedrijf wil. Dat betekent dat de verkoop van de gerecyclede materialen winst kan opleveren, iets wat volgens recyclingbedrijven moeilijk kan zijn. "Wij zijn het enige bedrijf dat een output levert die een kathodemateriaal is", zegt hij. "Andere bedrijven maken elementen."

Hun technologie omvat het versnipperen van batterijen en het verwijderen van de stalen behuizingen, aluminium- en koperdraden, plastic en zakmaterialen voor recycling. De resterende zwarte massa wordt opgelost in oplosmiddelen en het grafiet, koolstof en onzuiverheden worden uitgefilterd of chemisch gescheiden. Met behulp van een gepatenteerde chemische techniek worden het nikkel, mangaan en kobalt vervolgens in de gewenste verhoudingen gemengd om kathodepoeders te maken.

Fabrieken in VS en Europa

Battery Resources verkoopt zijn gerecyclede materialen al op kleine schaal aan batterijfabrikanten. Het bedrijf is van plan om in 2022 zijn eerste commerciële fabriek te openen, die 10.000 ton batterijen zal kunnen verwerken. In september hebben ze 70 miljoen dollar opgehaald, waarmee ze van plan zijn om tegen eind 2022 nog twee faciliteiten in Europa te lanceren.