Co-Upcycling von gebrauchten Lithium-Ionen-Batterien und Kunststoffen zu mikrowellenabsorbierenden Materialien durch Ni-Co-Katalysatorsteuerung

Alte Batterien und Plastikmüll in nützliche Abschirmelemente verwandeln

Riesige Bestände an ausgedienten Elektroautobatterien und Plastikverpackungen gehören zu den drängendsten Abfallproblemen unserer Zeit. Diese Studie zeigt einen Weg, beide zugleich anzugehen: indem gebrauchte Lithium-Ionen-Batterien und gemischte Kunststoffabfälle in ein neues Material umgewandelt werden, das störende Mikrowellen absorbiert. Solche Materialien sind wichtig, um elektronische Störungen zu reduzieren und Tarntechnologien zu verbessern; der hier beschriebene Ansatz reduziert gleichzeitig Umweltverschmutzung und gewinnt wertvolle Metalle zurück.

Warum Batterie- und Kunststoffabfälle schwer zu bewältigen sind

Lithium-Ionen-Batterien in Elektrofahrzeugen halten meist nur fünf bis acht Jahre, bevor sie ersetzt werden müssen; es entstehen große Mengen gebrauchter Batteriepakete, die kritische Metalle wie Nickel, Kobalt, Mangan und Lithium enthalten. Gleichzeitig werden jährlich mehr als 380 Millionen Tonnen Kunststoff produziert, von denen ein großer Teil kaum zerfällt und Land und Meere verschmutzt. Traditionelle Entsorgungswege — etwa das Verbrennen von Kunststoffen oder das Einschmelzen von Batterien — verbrauchen viel Energie, setzen Treibhausgase und giftige Dämpfe frei und gewinnen oft nur Massenmetalle zurück, anstatt höherwertige Produkte zu erzeugen.

Abfälle gemeinsam „kochen“, um winzige Röhrchen herzustellen

Die Forschenden entwickelten einen Prozess, bei dem zerkleinertes Kathodenpulver aus Batterien und gemischte Kunststoffe zusammen in einem geschlossenen Stahlreaktor erhitzt werden. Ein Schlüsselbestandteil ist das verbreitete PET (Polyethylenterephthalat) von Getränkeflaschen, das mit anderen Kunststoffen wie Polyethylen und Polypropylen vermischt wird. Bei Temperaturen um 550 °C zerfallen die Kunststoffe zu Gasen, die sowohl die Metalloxide im Batterie­material reduzieren als auch Kohlenstoff liefern. Nickel- und Kobalt­atome bilden sehr kleine Partikel, während Lithium als Lithiumcarbonat freigesetzt wird, das später mit Wasser ausgewaschen werden kann.

Wie PET das Metall arbeitsfähig hält

Bei vielen Verfahren, die Kunststoff zu Kohlenstoff umwandeln, setzen Metallkatalysatoren schnell aus, weil dicke Kohlenstoffschichten ihre Oberfläche überziehen und weitere Reaktionen blockieren. Hier verändert PET das Gasgemisch so, dass sich Kohlenstoff nicht einfach anhäuft. Sein Zerfall erzeugt Kohlenmonoxid und Kohlendioxid, die ungeordneten Kohlenstoff abtragen, während gleichzeitig kohlenstoffreiche Gase das Wachstum geordneter Kohlenstoffnanoröhren ermöglichen. Das entstehende Lithiumcarbonat wirkt zudem als Abstandshalter und verhindert, dass Nickel–Kobalt‑Partikel größer als etwa 100 Nanometer wachsen. Diese Größenkontrolle hält die Metalle hochaktiv und lenkt das Wachstum dichter „Wälder“ von Nanoröhren, die mit winzigen Metall- und Manganoxidpartikeln verflochten sind.

Vom schwarzen Pulver zum Mikrowellenschutz

Nach dem ersten „Co‑Pyrolyse“-Schritt wird das Festprodukt kurzzeitig erneut bei etwa 800 °C in einer inerten Atmosphäre erhitzt. Diese zweite Behandlung entfernt verbleibenden lockeren Kohlenstoff und verbessert die Ordnung sowie die elektrische Leitfähigkeit der Nanoröhren. Das Endmaterial ist ein leichtes Verbundmaterial, in dem Metall‑ und Metalloxidpartikel in einem leitfähigen Geflecht aus mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren eingebettet sind. Getestet über übliche Radar‑ und Kommunikationsfrequenzen zeigt dieses Pulver — in einen einfachen Binder eingemischt — starke Mikrowellenabsorption. Bei einer Beschichtungsdicke von etwa 2,4 Millimetern kann es mehr als 90 % der einfallenden Wellen über ein 7 Gigahertz breites Band absorbieren; die maximalen Absorptionsgrade sind in bestimmten Bereichen sogar noch höher.

Ökologische und ökonomische Vorteile

Über die Laborleistung hinaus bewertete das Team, wie sich dieser Upcycling‑Weg gegenüber drei wichtigen industriellen Recyclingverfahren verhält: Hochtemperaturschmelzen, chemisches Auslaugen und direkte Regeneration von Kathoden. Mithilfe einer Lebenszyklusanalyse und eines Batterie‑Recyclingmodells stellten sie fest, dass die Co‑Pyrolyse weniger Energie und Wasser verbraucht und pro Kilogramm verarbeitetem Abfall deutlich weniger Treibhausgasemissionen verursacht. Zudem werden starke Mineralsäuren vermieden; Lithium wird als Lithiumcarbonat durch einfaches Wasser­auslaugen rückgewonnen. Da das Endprodukt ein hochwertiges mikrowellenabsorbierendes Material ist, kann der Prozess in ihrem Modell deutlich höhere Gewinne erzielen als konventionelle Recyclingwege.

Was das für den Alltag bedeutet

Vereinfacht gesagt zeigt die Studie, dass die Batterien von gestern und Einwegkunststoffe von heute zu den High‑Tech‑Schirmen von morgen werden können, die elektromagnetische Wellen steuern. Durch eine gezielte Steuerung des Kunststoffabbaus und des Verhaltens der Metallpartikel beim Erhitzen verwandeln die Forschenden gemischten Müll in ein feines schwarzes Pulver, das sowohl kritische Metalle zurückgewinnt als auch als starker Mikrowellenabsorber fungiert. Das bietet einen praktikablen Weg, Abfall zu reduzieren, Klimafolgen zu verringern und fortschrittliche Materialien aus sonst entsorgten Ressourcen zu schaffen.

Zitation: Qiu, B., Hou, Y., Shi, Z. et al. Co-upcycling spent lithium-ion batteries and plastics into microwave absorbing materials with Ni-Co catalyst control. Nat Commun 17, 2822 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69501-1

Schlüsselwörter: Recycling von Lithium-Ionen-Batterien, Aufwertung von Kunststoffabfällen, Kohlenstoffnanoröhren, mikrowellenabsorbierende Materialien, zirkuläre Wirtschaft