Amerikaanse onderzoekers hebben een opmerkelijke manier gevonden om oude lithium-ionbatterijen nieuw leven in te blazen. Met behulp van microgolven kunnen waardevolle grondstoffen veel sneller en efficiënter worden teruggewonnen, terwijl afgedankte EV-batterijen veranderen in een potentiële bron van nieuwe batterijmaterialen.
Nu steeds meer elektrische auto’s de weg op gaan, komt ook een nieuwe uitdaging in zicht. De eerste generatie EV-batterijen bereikt namelijk langzaam het einde van haar levensduur. Wereldwijd zullen de komende jaren miljoenen batterijpacks moeten worden verwerkt, gerecycled of hergebruikt.
Dat is belangrijk, want lithium-ionbatterijen bevatten kostbare grondstoffen zoals lithium, nikkel en kobalt. Vooral kobalt is een strategisch materiaal. Het grootste deel van de wereldwijde productie komt uit Congo, waardoor de internationale toeleveringsketen kwetsbaar blijft voor geopolitieke spanningen en prijsstijgingen.
Onderzoekers van Sandia National Laboratories in de Verenigde Staten hebben daar een verrassende oplossing voor gevonden: een microgolftechniek die afgedankte batterijcellen kan omzetten in waardevolle grondstoffen, waardoor ze eigenlijk een nieuwe vorm van stedelijke mijnbouw worden.
Magnetron blijkt onverwacht nuttig
De onderzoekers ontwikkelden een methode waarbij oude lithium-kobaltoxide-kathodes worden behandeld met een instelbare microgolfreactor. Dat klinkt misschien vreemd, maar juist de eigenschap waar magnetrons bekend om staan, blijkt hier een voordeel.
Microgolven verwarmen materialen namelijk niet altijd gelijkmatig. Waar dat in de keuken vaak voor frustratie zorgt, creëert het in een laboratorium lokale temperatuurpieken die het harde kathodemateriaal als het ware uit elkaar trekken. Hierdoor ontstaan ultradunne lagen, zogenaamde nanosheets, die veel eenvoudiger verder kunnen worden verwerkt.
Het resultaat is indrukwekkend. Waar traditionele processen vaak een week aan hoge temperaturen vereisen, bereikt de nieuwe methode hetzelfde doel binnen ongeveer twee uur.
Veel hogere opbrengst
Niet alleen de snelheid valt op. Ook de efficiëntie van het proces ligt aanzienlijk hoger dan bij eerdere pogingen om vergelijkbare nanosheets te produceren.
Volgens de onderzoekers wordt ongeveer 95 procent van het oorspronkelijke kathodemateriaal succesvol omgezet. Eerdere laboratoriumtechnieken kwamen vaak niet verder dan ongeveer 60 procent. Dat verschil kan een grote impact hebben op de economische haalbaarheid van batterijrecycling.
De nanosheets bieden bovendien nog een ander voordeel. Doordat ze extreem dun zijn, kunnen onderzoekers eenvoudiger oude metaalionen vervangen door nieuwe varianten. Zo kan bijvoorbeeld een deel van het dure kobalt worden vervangen door nikkel, dat tegenwoordig veel wordt toegepast in moderne EV-batterijen vanwege de hogere energiedichtheid.
Economisch interessant
De technologie gaat zelfs een stap verder dan traditionele recycling. Tijdens het proces worden kleine defecten in het materiaal hersteld en verdwijnen onzuiverheden die zich gedurende jarenlang gebruik hebben opgebouwd. In feite ontstaat een vorm van upcycling, waarbij afgedankte batterijonderdelen worden omgezet in hoogwaardige materialen voor een nieuwe generatie batterijen.
Dat maakt de techniek interessant voor zowel batterijproducenten als recyclers. Voorlopige economische berekeningen suggereren dat de winstgevendheid van batterijrecycling met ongeveer 30 procent kan toenemen ten opzichte van bestaande commerciële processen.
Met twee patentaanvragen op zak en gesprekken met tientallen bedrijven lijkt Sandia de stap naar commercialisering serieus voor te bereiden. Als de technologie op grote schaal werkt zoals in het laboratorium, zou de magnetron wel eens een onverwachte hoofdrol kunnen spelen in de circulaire batterij-economie van de toekomst.
