Analyse von PFAS in Lithium-Ionen Batteriematerialien und Recycling-Rückständen mittels LC-MS/MS
Quelle: BAM
Lithium-Ionen-Batterien (LIB) zählen zu den effizientesten Energiespeichern der heutigen Zeit. Möglich ist dies durch eine exakt abgestimmte Chemie in der LIB-Zelle, für die es seltener Rohstoffe wie beispielsweise Nickel oder Cobalt und Lithium sowie chemisch besonders stabiler Elektrolyte, Bindemittel oder Membranen bedarf. Durch eine zunehmende Anzahl an Altbatterien gewinnt deren Recycling im Hinblick auf die Rückgewinnung der Rohstoffe an Bedeutung. Gleichzeitig stellt die komplexe Zusammensetzung von LIB mit teils umweltschädlichen Inhaltsstoffen die Abfallwirtschaft vor Herausforderungen.
Unsere Studie trägt zur Bewertung potenzieller Gefahrstoffemissionen des LIB-Recyclings bei, indem sie sich der Untersuchung von Altbatterien und Recycling-(Zwischen)produkten, insbesondere auf per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen (PFAS), widmet. PFAS, auch bekannt als „Ewigkeitschemikalien“, sind seit einigen Jahren im Fokus umweltpolitischer Debatten, weil sie sehr persistent sind und eine nachgewiesene toxische Wirkung haben.
Das hier vorgestellte analytische Verfahren konzentriert sich einerseits auf einige gängige und zum Teil bereits regulierte PFAS (Perfluorcarbon- und -sulfonsäuren je C2-C14 und C1-C10), andererseits auf speziell in LIB verwendete PFAS. Mittels Flüssigchromatographie und gekoppelter Tandem-Massenspektrometrie (LC-MS/MS), kombiniert mit einer auf die LIB-Materialien angepassten Probenvorbereitung und Isotopenverdünnungsanalyse ist eine verlässliche und empfindliche Quantifizierung der Target-Analyten möglich.
Die Anwendung des Analyseverfahrens auf die LIB-Materialien belegt erstmalig in dieser Form die Anwesenheit einzelner PFAS wie Trifluoressigsäure (TFA), Perfluorbutansulfonsäure, Bis(trifluoromethansulfonyl)imid sowie Bis(fluorosulfonyl)imid. Die Befunde zeigen, dass mit einer Freisetzung von einzelnen PFAS – insbesondere von TFA – im Rahmen des Recyclings von LIB gerechnet werden muss. Dies bildet die Basis für zukünftige Risikobewertungen und Prozessanpassungen. Die Befunde deuten jedoch auch an, dass neben den PFAS andere, ebenfalls umweltgefährdende Substanzklassen bei der Risikobewertung bislang nicht hinreichend berücksichtigt wurden. Dies unterstreicht die Notwendigkeit weiterer systematischer Analytik, um die Komplexität der Batteriechemie besser nachvollziehen zu können und entsprechende Erkenntnisse in die Gestaltung der Recyclingprozesse einzubringen.
Development and evaluation of analytical strategies for the monitoring of per- and polyfluoroalkyl substances from lithium-ion battery recycling materials
Emelie Meiers, Juliane Scholl, Morten Droas, Christian Vogel, Peter Leube, Thomas Sommerfeld, Abbas Bagheri, Christian Adam, Andreas Seubert & Matthias Koch
Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2025