Die Kathode ist ein Wunder der molekularen Choreografie. Wie viel Energie eine Batterie hält und wie lange sie hält, hängt von ihrem Gitter aus Metallatomen ab – wie gut sie Lithiumionen einfangen und abgeben kann. Jahrzehntelang haben Ingenieure an Designs getüftelt, die diese Bewegung vorantreiben. Und sie sind ziemlich gut geworden, wenn die Elektrofahrzeuge und Telefone von heute ein Barometer sind. Aber die Kathode ist auch der Ort, an dem normalerweise Dinge in der Batterie schief gehen. Diese makellose Struktur, so kunstvoll arrangiert, beginnt, ihre Integrität zu verlieren. Ionen laufen los oder verstopfen. Einfach so geht Ihre Akkulaufzeit kaputt.
Aber selbst als die Struktur versagt, haben sich die Atome in der Kathode nicht verändert. Aus diesem Grund sollte es theoretisch möglich sein, sie wiederzuverwenden. „Ein Metallatom ist ein Metallatom“, sagt Alan Nelson, Senior Vice President für Batteriematerialien bei Redwood Materials, einem auf Recycling spezialisierten Unternehmen. „Dieses Element weiß nicht, ob es zuvor in einer Batterie oder in einer Mine war.“ Dies ist möglicherweise eine gute Sache, da viele dieser Atome, einschließlich Metalle wie Kobalt und Nickel, knapp sind und nur dort in größeren Mengen vorkommen, wo ihr Abbau mit großen ökologischen und menschlichen Kosten verbunden ist. Heute veröffentlichte Nelsons Unternehmen die Ergebnisse von Tests im Argonne National Lab, in denen recycelte Materialien mit neuen verglichen wurden. Diese legen nahe, dass ein Atom ein Atom ist; die Leistung der beiden Materialien war fast genau gleich.
Redwood ist eines von mehreren Unternehmen, die versuchen, einen Vorrat an alten Batterien in Materialien für neue umzuwandeln. Das ist Low Hanging Fruit in dem Sinne, dass es um die Verwertung von Abfall geht und den Druck auf neue Minen etwas verringern könnte. Aber im vergangenen Jahr unternahm das Unternehmen, das seine recycelten Rohstoffe ursprünglich an andere Lieferanten verkauft hatte, den ungewöhnlichen Schritt, Pläne zur Herstellung eigener Kathodenmaterialien anzukündigen, und wählte später einen Standort außerhalb von Reno, Nevada, aus, wo es 3,5 Milliarden US-Dollar ausgeben würde 10 Jahre auf eine neue Anlage. Das Unternehmen plant, bis 2025 genug Kathodenmaterial (sowie Kupferanodenfolie) für Batteriezellen im Wert von 100 GWh zu produzieren – das entspricht in etwa dem, was CATL, der dominierende Batteriehersteller in China, letztes Jahr produziert hat.
Das ist so etwas wie ein Aufbruch für die US-Batterieindustrie. Trotz einer Flut von Produktionsankündigungen, die teilweise durch Infrastrukturausgaben und die Klimabestimmungen im Inflation Reduction Act unterstützt wurden, konzentrierten sich die meisten auf die Schritte, die den Autoherstellern und Verbrauchern am nächsten sind, wie die Montage von Batteriezellen und -paketen. Die USA haben sich inzwischen bemüht, Industrien aufzubauen, die tiefer in der Lieferkette liegen – vom Bergbau, der Schlüsselmineralien wie Lithium und Kobalt fördert, bis hin zur umfangreichen Verarbeitung, die sie in Komponenten wie die Kathode verwandelt. Das meiste wird woanders gemacht. Laut Benchmark Mineral Intelligence, einer Gruppe, die die Lieferkette von Batterien untersucht, stellt China derzeit 78 Prozent der Kathodenmaterialien der Welt her, und dieser Anteil ist es bereit, auf 90 Prozent zu wachsen bis 2030, trotz der Bemühungen in den USA, in heimische Batterielieferketten zu investieren.
Ein Grund, warum chinesische Firmen nach wie vor so dominant sind, ist, dass sie einen geschlossenen Kreislauf der Batterieproduktion haben, sagt Hans Eric Melin, Gründer von Circular Energy Storage, einem Beratungsunternehmen, das das Recycling von Batterien verfolgt. Mit der Batteriezellenfertigung im eigenen Haus ist es möglich, Schrott abzubauen und die wertvollen Metalle schnell wieder in die Produktion zu bringen. Die komplexe Lieferkette, die die Rohmetalle zu dieser perfekten kristallinen Kathodenstruktur veredelt, ist ebenfalls lokalisiert, wodurch das Fachwissen zentralisiert und die Transportkosten gesenkt werden.
Redwood gehört zu den Unternehmen, die versuchen, den US-Produktionskreislauf etwas enger zu ziehen. Die Tests, die von unabhängigen Forschern des Argonne National Lab durchgeführt wurden, sind ein früher Schritt in einem Qualifizierungsprozess, um Batteriehersteller von der Qualität dieser gebrauchten Materialien zu überzeugen. Der Prozess beginnt damit, dass die Batterie zerlegt und ihre Bestandteile mit Hitze und Säuren in Metallsulfatverbindungen zerlegt werden, die aus Elementen wie Kobalt, Mangan und Nickel bestehen.