Effiziente Batteriesysteme kommen immer häufiger in Autos, Werkzeugen, Fahrrädern und als stationäre Energiespeicher zum Einsatz. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an diese Batterien stetig – nicht nur was Energiedichte und Kosten, sondern auch was die umweltgerechte Herstellung sowie Möglichkeiten zum Recyceln betrifft. Gerade die Wiederverwendung von Batterien ist oftmals schwierig und bislang wirtschaftlich unattraktiv.
In einem neuen Projekt, das mit mehr als 4,5 Millionen Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wird, sollen diese Fragen erforscht werden. Einer der Forschungspartner ist die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU): Mit einer Art Batteriepass wollen Chemikerinnen und Chemiker die nötigen Informationen fürs Recyceln direkt in der Batterie speichern.
Nano-Marker als „Batteriepass“
Ziel des vom BMBF geförderten Projektes IDcycLIB, kurz für „Innovationsplattform einer grünen, detektierbaren und direkt recycelbaren Lithium-Ionen-Batterie“, ist eine recycling- und umweltgerechte Elektrodenherstellung sowie die anschließende werthaltige Rückgewinnung der Batteriematerialien über direktes Recycling.
Bislang sind Zell- und Batteriekonzepte nicht dafür ausgelegt, Informationen zur Zellchemie, zum Zustand der Batterie oder zu anderen Eigenschaften zur Verfügung zu stellen, um auf diesem Weg eine Wiederverwendung möglich zu machen. Genau an dieser Stelle will das FAU-Forschungsteam um Prof. Dr. Karl Mandel, Professur für Anorganische Chemie, seinen Beitrag in dem Forschungskonsortium leisten: Die Zellen sollen mit Markern ausgestattet werden.
Diese winzigen Marker bestehen aus magnetischen Nanobausteinen. Werden sie in unterschiedlichen Verhältnissen kombiniert, entsteht ein Code, der beispielsweise Informationen zur Zellchemie enthalten kann – analog eines Batteriepasses, der sich von Batterie zu Batterie je nach den verbauten Materialien unterscheidet. Die Marker ermöglichen das anschließende sortenreine Aufteilen der groben Batteriebestandteile mittels sogenannter elektrohydraulischer Fragmentierung, womit sich ein anderes Forschungsteam des Konsortiums eingehend beschäftigt.
Recycling-Technologie
Ein weiteres Thema von IDcycLIB ist die anschließende selektive Separation der hochwertigen Materialien mittels automatisierter Zentrifugentechnologie. Wenn die Aktivmaterialien, also die chemischen Substanzen, die die Energie in der Batterie speichern, die gewünschte Qualität besitzen, werden sie erneut dazu verwendet, eine Batterie herzustellen.
Sollte die Qualität nicht ausreichen, werden sie durch chemische und physikalische Prozesse aufgearbeitet – und können danach ebenfalls wieder in Batterien eingesetzt werden. Ein Vergleich der elektrochemischen Leistung der Zellen, die aus wiedergewonnenen und neuen Ausgangsmaterialien hergestellt wurden, soll die Effizienz des IDcycLIB-Prozesses widerspiegeln.
Parallel wird der Recyclingprozess auch für industrienahe Produktionsrückstände getestet. Die experimentellen Arbeiten der Projektgruppen werden durch die Entwicklung von Softwaretools zur Nachhaltigkeitsbewertung und Steuerung der digital erfassten Materialströme begleitet.
Über das Forschungsprojekt
Das Projektkonsortium IDcycLIB, Förderkennzeichen 03XP0393C, besteht aus zehn finanziell geförderten Partnern und zwei assoziierten Partnern mit einem finanziellen Gesamtvolumen von über 6,9 Millionen Euro, von denen 4,5 Millionen Euro vom BMBF kommen. Teil des Konsortiums ist neben der FAU unter anderen das Fraunhofer Institut für Silicatforschung ISC aus Würzburg, mit welchem seit der Berufung von Prof. Mandel an die FAU eine intensive Zusammenarbeit aufgebaut wird – IDcycLIB ist das erste große gemeinsame Förderprojekt.
