Ein Materialpass für grünere Batterien
Forschungsprojekt untersucht umweltverträglichere Herstellung und
Recycling
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-Universitä
Batteriepass wollen Chemikerinnen und Chemiker die nötigen Informationen
fürs Recyceln direkt in der Batterie speichern.
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 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler
wollen die Zellen mit Markern ausstatten. 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.
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.
Ausführliche Informationen zur Forschung an magnetischen Mikropartikeln:
https://www.fau.de/2021/06/new
ermoeglichen-eine-faelschungss
Link zur Professur für Anorganische Chemie:
https://www.chemistry.nat.fau.
