Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC - 06.09.2016
Effiziente Wiederverwertung von Lithium-Ionen-Batterien - Forschungsprojekt gestartet
Gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) wird ein innovatives und hocheffizientes Verfahren entwickelt, um wertvolle Batteriematerialien möglichst ressourcenschonend zurückzugewinnen und wieder für neue Batterien einzusetzen. Ziel des Projekts NEW-BAT ist es, einen robusten, energieeffizienten und kostengünstigen Prozess zu entwickeln, der breit eingesetzt werden kann.
Lithium-Ionen-Batterien sind eine Schlüsseltechnologie für die
Energiewende und Elektromobilität. Die große Verbreitung dieser
Energiespeicher führt zu einem hohen Aufkommen an ausgemusterten Batterien
und Akkus, die eine wertvolle Rohstoffquelle sind. Aktuell werden für
gebrauchte Batterien und Produktionsabfälle aus der Batteriefertigung
energieintensive metallurgische Recyclingmethoden eingesetzt. Damit können
allerdings nur elementare Metalle zurückgewonnen werden. Die Wertschöpfung
beruht deshalb meist nur auf den Metallwerten von beispielsweise Nickel,
Cobalt oder Mangan. Wertvoller wäre eine Rückgewinnung der eigentlichen
Batteriematerialien, die bereits mit hohem Aufwand aus den Grundelementen
hergestellt wurden, beispielsweise hochwertige Lithium-Metalloxide und
bisher gar nicht recyclingfähige Kohlenstoffverbindungen. Das würde
Energie und Kosten sparen und wertvolle Ressourcen wie Lithium nachhaltig
sichern.
Hier setzt das Projekt NEW-BAT an, das mit rund 1,6 Millionen Euro im Rahmen der BMBF-Fördermaßnahme »r4- Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe« gefördert wird. Unter der Leitung von Andreas Bittner von der Fraunhofer-Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS arbeiten Wissenschaftler und Ingenieure aus Forschung und Industrie an einem neuen Verfahren, mit dem genau diese wertvollen Batteriematerialien komplett aus den Altbatterien zurückgewonnen und so aufbereitet werden, dass sie direkt wieder in neuen Batterien eingesetzt werden können.
Das Kernstück des neuen Recyclingprozesses ist die elektrohydraulische Zerkleinerung mit Hilfe von Schockwellen. Bei diesem Verfahren wird das zu zerkleinernde Material in ein flüssiges Medium, zum Beispiel Wasser, eingebracht. Über elektrische Entladung werden Schockwellen freigesetzt, die durch das Medium Wasser sehr gleichmäßig an das Material weitergegeben werden.
Damit ist es möglich, Komposite quasi berührungsfrei an den Materialgrenzen aufzuspalten und so eine einfache und schonende Separation der Komponenten zu erreichen. Das Materialgemisch aus den verschiedenen Batteriekomponenten - Kathode, Anode, Elektrolyt, Separator sowie Zell- und Batteriegehäuse - kann danach effizienten Trennverfahren unterzogen werden. Um möglichst reines Batteriematerial zu erhalten, werden Verfahren eingesetzt, die sowohl physikalische Eigenschaften, wie unterschiedliche Korngröße und Dichte, als auch die unterschiedliche chemische Zusammensetzung der Materialien zur Separation nutzen.
Das Verfahren ist besonders energieeffizient, da im Gegensatz zu metallurgischen Prozessen keine hohen Temperaturen benötig werden, und kann für Produktionsausschüsse sowie für Altprodukte eingesetzt werden.
Da insbesondere die Elektrodenmaterialien der Batterien im Lauf der Batterienutzung altern, müssen die Recyclingmaterialien einer genauen Prüfung und Aufbereitung unterzogen werden, um ihre ursprüngliche Qualität wiederherzustellen. Mit speziellen Niedertemperaturverfahren können beim Projektpartner Fraunhofer ISC insbesondere Materialien von Lithium-Ionen-Batterien von unerwünschten Degradationsprodukten an den Oberflächen befreit und Defekte in den Kristallstrukturen behoben werden. Diese Aufbereitung kann mit einer Veredelung in Form einer Kern-Schale-Beschichtung verknüpft werden, die das recycelte Material hinsichtlich der Lebensdauer sowie der Lade- und Entladeeigenschaften deutlich verbessern.
Zwei Partner aus der Wissenschaft - die Fraunhofer-Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS in Alzenau/Hanau als Koordinator und ihr Mutterinstitut, das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC in Würzburg - bringen ihre Expertise auf den Gebieten Recycling, Substitution und Ressourcenstrategien sowie Materialentwicklung und elektrochemische Energiespeicher ein. Vervollständigt wird das Konsortium durch Industriepartner mit gebündelter Anwendungskompetenz aus Recycling, Batterien und Anlagenbau, die Lars Walch GmbH & Co. KG in Baudenbach, die GRS Service GmbH in Hamburg und die ImpulsTec GmbH in Dresden.
Weitere Informationen unter:
http://www.isc.fraunhofer.de
http://www.iwks.fraunhofer.de
Kontaktdaten zum Absender der Pressemitteilung unter:
http://idw-online.de/de/institution647
*
Quelle:
Informationsdienst Wissenschaft e. V. - idw - Pressemitteilung
Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC, Marie-Luise Righi, 06.09.2016
WWW: http://idw-online.de
E-Mail: service@idw-online.de
veröffentlicht im Schattenblick zum 8. September 2016
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