Nieuwe batterijlijm maakt recyclen van accu's stukken makkelijker

Een team van de University of California San Diego en het Toyota Research Institute of North America heeft een nieuw soort lijm ontwikkeld die batterijcellen bijeenhoudt. Het bijzondere: dit bindmiddel is volledig gebaseerd op water in plaats van op giftige chemicaliën. Dat maakt niet alleen de productie van batterijen schoner, maar ook het recyclen ervan veel simpeler. De onderzoekers publiceerden hun bevindingen in het tijdschrift Nature Communications.

Bindmiddel is de lijmachtige stof die de actieve deeltjes in een batterij-elektrode samenhoudt en vastplakt aan de dunne metaalfolie erbinnen. Het vormt maar een klein deel van het gewicht van een batterij, maar speelt wel een grote rol in hoe makkelijk een cel te maken, te gebruiken en te recyclen is.

Giftige oplosmiddelen overboord

Gangbare lithium-ionbatterijen gebruiken meestal bindmiddelen op basis van fluor. Die stoffen hechten goed en blijven stabiel, ook na duizenden laadcycli. Het probleem is de productie: fluorhoudende bindmiddelen moeten worden opgelost in agressieve oplosmiddelen, waarna de elektrodes in grote ovens worden gedroogd. Vervolgens is extra apparatuur nodig om de oplosmiddelen terug te winnen en te zuiveren. "Die extra stappen verhogen de kosten, het energieverbruik en de milieu-impact van batterijproductie aanzienlijk," zegt Jiao Lin, hoofdonderzoeker en postdoc aan UC San Diego.

Bij recycling zorgen dezelfde bindmiddelen voor nieuwe problemen. Om ze te verwijderen zijn hoge temperaturen of bijtende chemicaliën nodig, met resten en afval als gevolg. De onderzoekers kozen een andere aanpak: ze combineerden twee goedkope polymeren, polyacrylzuur voor flexibiliteit en de plantaardige stof carboxymethylcellulose voor sterkte en hechting. Door deze polymeren op te lossen in water en citroenzuur toe te voegen, ontstaat een stevig, vernet netwerk dat qua prestaties kan wedijveren met de klassieke fluorbindmiddelen.

Opgelost in een bakje water

In laboratoriumtests werkte het nieuwe bindmiddel goed met verschillende elektrodematerialen, waaronder lithium-ijzerfosfaat, nikkelrijke kathodes, grafiet en silicium-anodes. De batterijen presteerden bij aanvang net zo goed als conventionele cellen en behielden in sommige tests hun capaciteit zelfs beter na honderden tot duizenden laadcycli.

Het grootste voordeel zit in de recycling. In plaats van hitte of bijtende stoffen te gebruiken, demonteerden de onderzoekers de batterijen en legden de elektrodes simpelweg in water. Het bindmiddel loste op, waardoor de coatinglaag losliet van de metaalfolie zonder resten achter te laten. De teruggewonnen materialen werden via directe recycling verwerkt tot nieuwe batterijen, die het net zo goed deden als cellen gemaakt met materiaal uit klassieke recyclingprocessen.

De onderzoekers willen het bindmiddel nu geschikt maken voor meer soorten batterijchemie en de productie opschalen richting commercieel gebruik. Ze zijn daarvoor in gesprek met industriële partners.