Vom Elektroschrott zur Hightech-Kathode: Forschungsteam recycelt Akkus in zwei Stunden
Lithium-Ionen-Akkus stecken in Smartphones, Elektroautos, Stromspeichern und Kopfhörern. Ihre Kathoden, der Pluspol der Zelle, kosten in der Herstellung viel und hängen von Rohstoffen ab, die nur wenige Länder liefern. Die Demokratische Republik Kongo fördert etwa 70 Prozent des weltweiten Kobalts. Mit der wachsenden Zahl ausgemusterter Elektroauto-Batterien wächst auch der Druck, diese Rohstoffe zurückzugewinnen statt sie auf Deponien zu verlieren. Forscher:innen der Sandia National Laboratories haben dafür ein Verfahren entwickelt, das altes Kathodenmaterial nicht nur recycelt, sondern aufwertet, mit einer Mikrowelle.
In zwei Stunden zu Nanoschichten
Im Zentrum der Methode steht ein Mikrowellenreaktor, der einem Haushaltsgerät ähnelt, sich aber feiner steuern lässt. Zusammen mit einem großen, positiv geladenen Ion, vergleichbar mit dem Wirkstoff in Haarspülung, öffnen die Forscher:innen pulverisiertes Kathodenmaterial zu hauchdünnen Schichten, sogenannten Nanoschichten. Mikrowellen erhitzen Wasser besonders effizient, und ausgerechnet die ungleichmäßige Erwärmung, die beim Aufwärmen von Essensresten stört, hilft hier beim Aufbrechen der Struktur. Für Lithium-Kobaltoxid, das häufigste Kathodenmaterial aus alten Akkus, schrumpft die Prozesszeit von sieben Tagen auf zwei Stunden. Gleichzeitig steigt die Ausbeute: Die neue Methode wandelt 95 Prozent des Materials in Nanoschichten um, frühere Ansätze schafften nur 60 Prozent. Bevor die Forscher:innen mikrowellen können, müssen sie die Kathoden erst aus den Zellen lösen, eine Aufgabe, die sich als aufwendiger erwies als erwartet.
Kobalt raus, Nickel rein
Nanoschichten lassen sich leichter chemisch verändern als kompaktes Pulver, weil der Ionenaustausch das gesamte Material erfasst statt nur die Oberfläche. Bereits 2022 zeigten Computersimulationen, dass sich Kobalt gegen Nickel tauschen lässt, ohne dass die Reaktion zu unwahrscheinlich oder zu langsam abläuft. Ein Team der Arizona State University bestätigte das im Labor und tauschte rund ein Neuntel des Kobalts gegen Nickel aus. Das Sandia-Team nutzt diesen Effekt nun, um teures Kobalt teilweise durch günstigeres Nickel zu ersetzen, einen Schritt, den auch die Autoindustrie längst vollzieht, weil nickelreichere Kathoden oft besser funktionieren. Zwischen Herstellung und Recycling eines Akkus liegen häufig 10 bis 15 Jahre, in denen sich Industriestandards verschieben, und der Austausch bringt altes Material auf den aktuellen Stand. Nebenbei heilt das Verfahren mikroskopische Defekte, die sich über die Jahre im Material angesammelt haben, und entfernt Verunreinigungen, ein Vorteil, den klassische Recyclingverfahren ohne zusätzliche Schritte nicht bieten. Das herausgelöste Kobalt verschwindet dabei nicht: Es lässt sich auffangen und für eine zweite Kathode weiterverwenden, sodass aus einer alten Kathode zwei neue entstehen.
Team ist auf der Suche nach Industriepartnern
Andere US-Labore arbeiten ebenfalls an der Aufwertung alter Kathoden, etwa das ReCell Center am Argonne National Laboratory. Dessen Ansatz ähnelt der ursprünglichen Kathodenherstellung und erfordert hohe Temperaturen im Ofen, während das Sandia-Verfahren bei niedrigeren Temperaturen abläuft und dadurch weniger Energie verbraucht. Das Sandia-Team hat die Methode inzwischen zum Patent angemeldet und für die R&D 100 Awards eingereicht. Im Frühjahr 2025 durchlief das Team das Energy-I-Corps-Programm des US-Energieministeriums und befragte dabei 80 Branchenvertreter:innen aus dem Batterierecycling, um Marktanforderungen besser zu verstehen. Erste wirtschaftliche Modellrechnungen deuten darauf hin, dass sich die Gewinne im Vergleich zu etablierten Recyclingverfahren um mindestens 30 Prozent steigern lassen. Das Verfahren funktioniert grundsätzlich auch mit anderen geschichteten Kathodenmaterialien, etwa aus Natrium-Ionen- oder Zink-Ionen-Akkus. Die Forscher:innen suchen nun nach Industriepartnern, die das Verfahren aus dem Labor in die Produktion bringen.
