De wereldwijde opmars van elektrische voertuigen en grootschalige energieopslag leidt tot een toenemende stroom afgedankte lithium-ionbatterijen. Die batterijen zijn echter lang niet allemaal hetzelfde. Twee dominante typen – lithiumijzerfosfaat (LFP) en lithium-nikkel-mangaan-kobaltoxide (NMC) – verschillen sterk in chemische samenstelling en gedrag. Tot nu toe vergde dat gescheiden recyclingstromen. Onderzoekers van de TU Delft hebben nu een methode ontwikkeld om beide batterijtypes gelijktijdig en met een mild uitloogmiddel te recyclen. Die aanpak kan het proces efficiënter, goedkoper en duurzamer maken.
Verschillende chemie, verschillende uitdagingen
NMC-cellen zijn op dit moment het meest gangbaar, vooral vanwege hun hoge energiedichtheid. Ze bevatten echter kritieke metalen zoals kobalt en nikkel, die duur en geopolitiek gevoelig zijn. LFP-cellen winnen wereldwijd snel terrein, vooral in China, omdat ze goedkoper te produceren zijn, een lange levensduur hebben en geen kobalt bevatten. De keerzijde is dat LFP minder waardevolle metalen bevat en in recyclingprocessen tot nu toe vaak werd genegeerd of thermisch behandeld, wat extra energie vraagt en verlies van materialen veroorzaakt.
Dat verschil in samenstelling maakt gezamenlijke verwerking lastig. In de huidige praktijk wordt NMC meestal gerecycled via hydrometallurgische processen waarbij zuren en oxidatiemiddelen worden ingezet om lithium, nikkel, mangaan en kobalt in oplossing te brengen. LFP daarentegen levert vooral ijzer en fosfaat, die zich heel anders gedragen in zulke processen. Wanneer beide types tegelijk worden verwerkt, kunnen reacties tussen componenten de opbrengst of zuiverheid van het teruggewonnen materiaal nadelig beïnvloeden.
Mild leachproces met slimme synergie
In het recent gepubliceerde onderzoek, geleid door Joep van de Ven, promovendus aan de TU Delft, wordt dit probleem juist benut als oplossing. Het team paste een methode toe waarbij een mengsel van LFP- en NMC-batterijen tegelijk wordt blootgesteld aan een verdunde zwavelzuuroplossing bij 50°C, waaraan een klein percentage waterstofperoxide is toegevoegd. Dat klinkt eenvoudig, maar het werkt verrassend goed: tot 95% van het lithium, nikkel, kobalt en mangaan uit de NMC-deeltjes komt in oplossing.
De sleutel is het ijzer(II) uit LFP, dat fungeert als een natuurlijk reductiemiddel. Hierdoor verlopen de reacties efficiënter en zijn minder agressieve chemicaliën nodig. Bovendien wordt het ijzer zelf omgezet in FePO₄, dat achterblijft in het residu. Bij tests met industrieel verwerkte zwarte massa – een tussenproduct uit mechanische recycling – bleek de methode ook daar effectief, al bleken zuiveringsstappen nog een uitdaging, onder meer vanwege grafiet en pyrolyseproducten.
Implicaties voor grootschalige recycling
De bevindingen wijzen op een nieuw perspectief in batterijrecycling: in plaats van de chemische verschillen tussen batterijtypes te zien als obstakel, kunnen ze juist benut worden voor efficiëntere extractie. Zeker nu LFP-batterijen een steeds groter aandeel vormen in de wereldwijde productie, is een gecombineerde aanpak relevant. Volgens het Internationaal Energieagentschap zal het aandeel van LFP in EV-batterijen naar verwachting blijven stijgen, mede dankzij de lage kosten en stabiele prestaties.
Tegelijk zijn er nog technische barrières. Bij verwerking van zwarte massa ontstaan mengsels die zuivering bemoeilijken. Ook vereist opschaling naar industriële schaal verdere optimalisatie en zal regulering vermoedelijk moeten helpen om ook batterijen zonder nikkel en kobalt te gaan recyclen. Maar de Delftse methode toont aan dat mildere, efficiëntere processen binnen bereik liggen – met potentie om zowel economische als ecologische winst te boeken.
Tot slot
Het onderzoek van Joep van de Ven en zijn collega’s laat zien dat het mogelijk is om de chemische verschillen tussen batterijtypes niet als probleem, maar als kans te benutten. Door LFP en NMC gezamenlijk te recyclen ontstaat een proces dat zowel grondstoffen terugwint als de milieulast verlaagt. Voor de groeiende batterijrecyclingsector is dat een belangrijke stap vooruit.
Bron: Springer Journal of Sustainable Metallurgy
LinkedIn-post Joep van de Ven (TU Delft): linkedin.com
Schrijft over duurzame technologie en de energietransitie. Gespecialiseerd in batterijtechnologie, energieopslag, e-mobiliteit, slimme laadinfrastructuur, V2X en circulariteit.
