PROJEKT ÜBERSICHT
93,5 %
Lithium-Reinheit
im LE-RFB-Referenzsystem*
2,5 Wh
pro Gramm Lithium
elektrischer Energiebedarf*
0,6 V
Betriebsspannung
für kontinuierliche Li-Extraktion*
500.000:1
Li/Mg-Selektivität
nach 5 h Anreicherung*
* Leistungswerte des zugrunde liegenden LE-RFB-Referenzsystems (Lithiumextraktions-Redoxflussbatterie); demonstriert mit simuliertem Meerwasser (Wang et al., ACS Energy Lett. 2022).
DIE HERAUSFORDERUNG
Batterien sind Teil der Energiewende.
Ihr Lithium sollte im Kreislauf bleiben.
Lithium-Ionen-Batterien ermöglichen Elektromobilität und die Speicherung erneuerbarer Energie. Mit ihrer wachsenden Nutzung steigt jedoch auch der Bedarf an Lithium – und zugleich die Zahl ausgedienter Batterien. Konventionelles Recycling kann hohe Temperaturen, aggressive Chemikalien und aufwendige Trennprozesse erfordern. eLiRec setzt deshalb auf eine selektive elektrochemische Trennung: Lithium wird mit maßgeschneiderten Materialien gezielt aus komplexen Lösungen zurückgewonnen.
Die Energiewende braucht leistungsfähige Energiespeicher. Batterien ermöglichen nicht nur Elektromobilität, sondern helfen auch dabei, Strom aus erneuerbaren Quellen wie Wind und Sonne zeitlich flexibel zu nutzen und Angebot und Nachfrage im Energiesystem besser auszugleichen. Mit dem weltweiten Ausbau von Elektrofahrzeugen und stationären Speichern steigt jedoch der Bedarf an Batterierohstoffen, insbesondere an Lithium, kontinuierlich an. Gleichzeitig wächst die Menge an Batterien, die am Ende ihrer Nutzungsdauer stehen. Um die Energiewende langfristig nachhaltig zu gestalten, müssen wertvolle Rohstoffe daher möglichst effizient im Kreislauf gehalten werden. Konventionelle Recyclingverfahren können dabei hohe Temperaturen, aggressive Chemikalien und aufwendige mehrstufige Trennprozesse erfordern.
eLiRec setzt deshalb auf einen alternativen Ansatz: die selektive elektrochemische Rückgewinnung von Lithium aus komplexen Recyclinglösungen. Mithilfe maßgeschneiderter Elektrodenmaterialien soll Lithium gezielt von anderen Begleit- und Störionen getrennt und als wertvolle Ressource in den Materialkreislauf zurückgeführt werden.
WERTVOLLES LITHIUM
Lithium ist ein Schlüsselrohstoff für Batterien.
Recycling hält bereits vorhandenes Lithium im
Kreislauf.
KOMPLEXE TRENNUNG
Nach dem Aufschluss liegen viele Ionen
gemeinsam vor. Lithium daraus gezielt
abzutrennen ist technisch anspruchsvoll.
RESSOURCENINTENSIVE PROZESSE
Hohe Temperaturen und mehrstufige
chemische Trennung kosten Energie und
erzeugen zusätzliche Stoffströme.
DIE TECHNOLOGIE
Von Entsalzung zu selektiver Lithium-Rückgewinnung.
Die beiden Animationen zeigen den entscheidenden Entwicklungsschritt: Konventionelle kapazitive Deionisierung (CDI) entfernt gelöste
Ionen breit und weitgehend nicht selektiv. eLiRec überträgt dagegen ein Batterieprinzip auf die Trennung und nutzt lithiumselektive
Batterieelektroden. So wird aus allgemeiner Entsalzung eine gezielte elektrochemische Lithium-Rückgewinnung – bei niedrigen
Spannungen und mit dem Potenzial, energie- und chemikalienintensive nachgeschaltete Trennschritte zu reduzieren.
Bei der kapazitiven Deionisierung (CDI) werden gelöste positive Ionen (Kationen) und negative Ionen (Anionen) durch eine kleine elektrische Spannung an porösen Kohlenstoffelektroden gespeichert. Das entsalzt die Lösung, ist aber zunächst nicht lithiumselektiv: unterschiedliche Ionen werden gemeinsam entfernt.
eLiRec macht aus dem CDI-Prinzip eine selektive Trennung: Lithiumselektive Batterieelektroden, zum Beispiel Lithium-Eisenphosphat, nehmen beim Anlegen eines externen Stromes Li-Ionen bevorzugt in ihre Kristallstruktur auf und geben sie beim Entladen wieder frei. Durch dieses „Rocking-Chair“-Prinzip kann Lithium gezielt angereichert werden.
Separater Entwicklungsschritt: eLiRec 2.0 übertrug die Lithiumselektivität später auf eine kontinuierliche Redox-Flow-Architektur. Die Leistungskennzahlen oben beziehen sich auf dieses LE-RFB-Referenzsystem – nicht auf die hier gezeigte Rocking-Chair-Animation.
DER IMPACT
Neu, selektiv
und ressourcenschonend.
eLiRec zeigt, wie elektrochemische Verfahren das Batterierecycling um eine neue Trennstrategie erweitern können. Der Fokus liegt auf Lithium: nicht möglichst viel Material irgendwie zurückgewinnen, sondern den gewünschten Rohstoff gezielt separieren. Damit verbindet eLiRec Kreislaufwirtschaft, Rohstoffsicherheit und eine elektrisch angetriebene Prozessführung, die perspektivisch direkt mit erneuerbarer Energie gekoppelt werden kann.
LITHIUM IM KREISLAUF
Rückgewonnenes Lithium kann perspektivisch
wieder als Rohstoff für neue Batteriematerialien
genutzt werden.
WENIGER PROZESSAUFWAND
Selektive Elektrochemie kann zusätzliche
thermische und chemische Trennschritte
reduzieren.
ELEKTRISCH STATT THERMISCH
Die Trennenergie wird als Strom bereitgestellt
und kann damit direkt aus erneuerbaren
Quellen stammen.
WARUM DAS UMWELTFREUNDLICHER SEIN KANN
Im LE-RFB-Referenzsystem lag der elektrische Energiebedarf bei 2,5 Wh pro Gramm Lithium – mindestens siebenmal niedriger als bei Elektrodialyse-basierten Verfahren mit vergleichbarer Lithium-Reinigung.
KONTAKT
Materialwissenschaft trifft Elektrochemie.
eLiRec verbindet Batterieforschung, Materialwissenschaft, Elektrochemie, Analytik und Prozessentwicklung – mit einem gemeinsamen Ziel: Lithium im Kreislauf halten.
