Ener­gie­ef­fi­zi­en­tes Recy­cling­kon­zept für Lithium-Ionen-Batterien

In „LiB­in­fi­ni­ty“ erar­bei­ten Part­ner aus For­schung und Indus­trie ein ganz­heit­li­ches Kon­zept zur Wie­der­ver­wer­tung der Mate­ria­li­en von Lithi­um-Ionen-Bat­te­rien: das Karls­ru­her Insti­tut für Tech­no­lo­gie (KIT) ist maß­geb­lich an die­sem Pro­jekt zum Bat­te­rie­re­cy­cling betei­ligt. Dazu wird ein mecha­nisch-hydro­me­tall­ur­gi­sches Ver­fah­ren ohne ener­gie­in­ten­si­ve Pro­zess­schrit­te vom Labor in einen für die Indus­trie rele­van­ten Maß­stab über­führt. Das KIT prüft die Rezy­kla­te auf ihre Eig­nung zum Her­stel­len neu­er Bat­te­rien. Das Bun­des­mi­nis­te­ri­um für Wirt­schaft und Kli­ma­schutz (BMWK) för­dert LiB­in­fi­ni­ty mit knapp 17 Mil­lio­nen Euro, davon erhält das KIT rund 1,2 Mil­lio­nen Euro.
 
Die Nach­hal­tig­keit der Elek­tro­mo­bi­li­tät hängt wesent­lich von den Bat­te­rien ab. Die­se ent­hal­ten wich­ti­ge Roh­stof­fe wie Lithi­um, Kobalt, Nickel und Man­gan. Die in Lithi­um-Ionen-Bat­te­rien ver­wen­de­ten Mate­ria­li­en las­sen sich zu über 90 Pro­zent stoff­lich wie­der­ver­wer­ten. Doch das nun gestar­te­te Pro­jekt LiB­in­fi­ni­ty geht dar­über weit hin­aus und zielt auf ein ganz­heit­li­ches Recy­cling­kon­zept für Lithi­um-Ionen-Bat­te­rien (LiB).

„Vor allem bei der Elek­tri­fi­zie­rung von Lkws benö­ti­gen die Bat­te­rien so viel Mate­ri­al, dass ein Ein­satz der Rezy­kla­te für ande­re Anwen­dun­gen nicht aus­rei­chend ist“, sagt Pro­fes­sor Hel­mut Ehren­berg, Lei­ter des Insti­tuts für Ange­wand­te Mate­ria­li­en – Ener­gie­spei­cher­sys­te­me (IAM-ESS) des KIT. „Viel­mehr bedarf es eines geschlos­se­nen Kreis­laufs bei den Bat­te­rien selbst. Das bedeu­tet, die Mate­ria­li­en aus gebrauch­ten Bat­te­rien zur Her­stel­lung neu­er Bat­te­rien zu verwenden.“

 
In LiB­in­fi­ni­ty erar­bei­ten Part­ner aus For­schung und Indus­trie einen Ansatz, der sich von Logis­tik­kon­zep­ten bis hin zur Reinte­gra­ti­on von Rezy­kla­ten in den Lebens­zy­klus der Bat­te­rie erstreckt. Sie ent­wi­ckeln ein mecha­nisch-hydro­me­tall­ur­gi­sches Ver­fah­ren, das ganz ohne ener­gie­in­ten­si­ve Pro­zess­schrit­te aus­kommt und höhe­re Recy­cling­quo­ten ermög­licht: Mate­ria­li­en, die sich nicht mecha­nisch tren­nen las­sen, wer­den unter rela­tiv nied­ri­gen Tem­pe­ra­tu­ren mit­hil­fe von Was­ser und Che­mi­ka­li­en aufgespalten.
 
Katho­den­ma­te­ria­li­en müs­sen hohe Anfor­de­run­gen erfüllen
 
Das KIT über­nimmt in LiB­in­fi­ni­ty die Auf­ga­be, die Rezy­kla­te, das heißt die wie­der­ge­won­ne­nen Stof­fe, auf ihre Eig­nung als Aus­gangs­stof­fe für die Her­stel­lung neu­er Bat­te­rien zu prü­fen. „Die­se Vali­die­rung ist uner­läss­lich, da Mate­ria­li­en für Bat­te­rien hohe Anfor­de­run­gen erfül­len müs­sen“, erklärt Dr. Joa­chim Bin­der, Lei­ter der For­schungs­grup­pe Syn­the­se und kera­mi­sche Pul­ver­tech­no­lo­gie am IAM-ESS. „Vor allem gilt dies für Katho­den­ma­te­ria­li­en, die Effi­zi­enz, Zuver­läs­sig­keit, Lebens­dau­er und Kos­ten der Bat­te­rien wesent­lich mit­be­stim­men.“ Am KIT lau­fen für LiB­in­fi­ni­ty fol­gen­de Arbei­ten: Ein­gangs­kon­trol­le der Rezy­kla­te, Syn­the­se neu­wer­ti­ger Katho­den­ma­te­ria­li­en, Elek­tro­den­fer­ti­gung, Her­stel­lung von groß­for­ma­ti­gen Lithi­um-Ionen-Bat­te­rie­zel­len in Indus­trie­qua­li­tät, Zell­tes­tung und Bewer­tung der Bat­te­rie­zel­len. Basie­rend auf den Unter­su­chun­gen wer­den die Anfor­de­run­gen an die Qua­li­tät der Rezy­kla­te fest­ge­legt, um die­se in den Wert­stoff­kreis­lauf zurück­füh­ren zu können.
 
Ein ganz­heit­li­ches Recy­cling­kon­zept für Bat­te­rie­ma­te­ria­li­en ver­bes­sert nicht nur die Nach­hal­tig­keit der Elek­tro­mo­bi­li­tät unter öko­lo­gi­schen, öko­no­mi­schen und sozia­len Aspek­ten, son­dern ver­rin­gert auch Euro­pas Rohstoffabhängigkeiten.