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Forschung: Ganzheitliches Recyclingkonzept für Lithium-Ionen-Batterien

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Autor: Charlotte Quick

Forschung: Ganzheitliches Recyclingkonzept für Lithium-Ionen-Batterien
Manuelle Zellfertigung im Batterietechnikum. Dieses bündelt die Kompetenzen des KIT entlang der gesamten Wertschöpfungskette von Batterien. ©Markus Breig, KIT
02.09.2022 Ι Im Projekt „LiBinfinity“ erarbeiten Partner aus Forschung und Industrie ein ganzheitliches Konzept zur Wiederverwertung der Materialien von Lithium-Ionen-Batterien. Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) prüft die Rezyklate auf ihre Eignung zum Herstellen neuer Batterien. Ein ganzheitliches Recyclingkonzept für Batteriematerialien verbessert nicht nur die Nachhaltigkeit der Elektromobilität unter ökologischen, ökonomischen und sozialen Aspekten, sondern verringert auch Europas Rohstoffabhängigkeiten.

Geschlossener Kreislauf sorgt für höhere Recyclingquoten

Batterien enthalten wichtige Rohstoffe wie Lithium, Kobalt, Nickel und Mangan. Die in Lithium-Ionen-Batterien verwendeten Materialien lassen sich zu über 90 Prozent stofflich wiederverwerten. Das nun angelaufene Projekt “LiBinfinity” 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 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.“

Der neue Ansatz berücksichtigt sowohl Logistikkonzepte als auch die Reintegration von Rezyklaten in den Lebenszyklus der Batterie. Es wird ein mechanisch-hydrometallurgisches Verfahren entwickelt, 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.

Validierung der Rezyklate ist unerlässlich

Das KIT übernimmt in “LiBinfinity” die Aufgabe, die Rezyklate auf ihre Eignung als Ausgangsstoffe für die Herstellung neuer Batterien zu prüfen. Dr. Joachim Binder, Leiter der Forschungsgruppe Synthese und keramische Pulvertechnologie am IAM-ESS erklärt die Notwendigkeit der Prüfung.

„Diese Validierung ist unerlässlich, da Materialien für Batterien hohe Anforderungen erfüllen müssen. Vor allem gilt dies für Kathodenmaterialien, die Effizienz, Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Kosten der Batterien wesentlich mitbestimmen.“

Zu den genauen Aufgaben gehören die 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.

Am Mercedes-Benz-Standort Kuppenheim entsteht eine Recycling-Pilotanlage mit einer Jahreskapazität von 2 500 Tonnen. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) fördert LiBinfinity in der Fördermaßnahme zum „Batterie-Ökosystem“ mit knapp 17 Millionen Euro. Davon erhält das KIT rund 1,2 Millionen Euro. Das Vorhaben LiBinfinity soll wesentlich dazu beitragen, die von der Europäischen Kommission vorgeschlagenen und derzeit noch in Abstimmung befindlichen Zielvorgaben im Rahmen der EU-Batterieregulierung zu erfüllen.
 

Zur Webseite des KIT  

 

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