Neukonfiguration von Festkörper-Lithiumbatterien für einfaches Recycling

Wiederaufladbare Festkörper-Lithiumbatterien haben das Potenzial, Mobiltelefone und Laptops mit einer einzigen Ladung tagelang mit Strom zu versorgen. Allerdings sind diese Batterien nicht umweltfreundlich, da beim derzeitigen Recyclingprozess fast alles im Müll landet. Eine in ACS Energy Letters veröffentlichte Studie enthüllt nun ein neu konfiguriertes Design von Festkörper-Lithiumbatterien, das ein einfaches Recycling aller Komponenten ermöglicht.

Solid-state lithium batteries have the potential to power cell phones and laptops for days on a single charge, but almost everything goes to waste during the current recycling process. Now, a study published in ACS Energy Letters reveals a reconfigured design of solid-state lithium batteries that allows all components to be easily recycled.

Festkörper-Lithiumbatterien haben das Potenzial, Mobiltelefone und Laptops tagelang mit einer einzigen Ladung zu versorgen, aber beim derzeitigen Recyclingprozess wird fast alles verschwendet. Jetzt enthüllt eine in ACS Energy Letters veröffentlichte Studie ein neu konfiguriertes Design von Festkörper-Lithiumbatterien, das ein einfaches Recycling aller Komponenten ermöglicht.

To separate the core battery components from other metal components in a coin cell battery, the researchers inserted two polymer layers at the interfaces between the electrode and the electrolyte prior to the start of the recycling process. After successful separation of the components, the team made a composite reconstructed battery with the recovered metals and electrode using cold sintering – the process of combining powder-based materials into dense forms at low temperatures through applied pressure using solvents. This process meant that they could not only recover and reuse the whole battery, but also recycle it again after its use – increasing the sustainability of rechargeable batteries.

Um die Kernbatteriekomponenten von anderen Metallkomponenten in einer Knopfzellenbatterie zu trennen, fügten die Forscher vor Beginn des Recyclingprozesses zwei Polymerschichten an den Grenzflächen zwischen Elektrode und Elektrolyt ein. Nach erfolgreicher Trennung der Komponenten fertigte das Team mithilfe der Kaltsinterung eine rekonstruierte Verbundbatterie aus den zurückgewonnenen Metallen und der Elektrode an – ein Prozess, bei dem pulverbasierte Materialien bei niedrigen Temperaturen durch Druckanwendung unter Verwendung von Lösungsmitteln zu dichten Formen kombiniert werden. Durch diesen Prozess konnten sie nicht nur die gesamte Batterie zurückgewinnen und wiederverwenden, sondern sie nach ihrer Verwendung auch wieder recyceln – was die Nachhaltigkeit wiederaufladbarer Batterien erhöht.

Importantly, the researchers found that the reconstructed battery achieved between 92.5% and 93.8% of its original capacity. “While the commercialization of all-solid-state lithium batteries is still in its early stages, our work provides important insights and ideas for designing recyclable versions of these batteries,” explained first author Yi-Chen Lan of Penn State. “While we’re not quite there yet, the long-term goal is to apply this innovation to larger batteries that could be used in devices like cell phones and laptops, once all solid-state technology becomes more prevalent.”

Wichtig ist, dass die Forscher herausfanden, dass die wiederhergestellte Batterie zwischen 92,5 % und 93,8 % ihrer ursprünglichen Kapazität erreichte. „Während sich die Kommerzialisierung von Festkörper-Lithiumbatterien noch in einem frühen Stadium befindet, liefert unsere Arbeit wichtige Erkenntnisse und Ideen für die Entwicklung recycelbarer Versionen dieser Batterien“, erklärte Erstautorin Yi-Chen Lan aus Penn State. „Obwohl wir noch nicht ganz so weit sind, besteht das langfristige Ziel darin, diese Innovation auf größere Batterien anzuwenden, die in Geräten wie Mobiltelefonen und Laptops verwendet werden könnten, sobald sich die Festkörpertechnologie stärker durchsetzt.“