Batterierecycling Mikropartikel schaffen Materialpass für grüne Batterien

Ein erklärtes Ziel des Projekts „IDcycLIB“ ist die gesicherte Herstellung von recycling- und umweltgerechten Elektroden. Dazu muss man wissen, was darin enthalten ist. Ein Materialpass soll das möglich machen.

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Batteriesysteme liefern Energie in Autos, Werkzeugen, Fahrrädern und als stationäre Energiespeicher. Gleichzeitig steigen aber die Anforderungen an diese Art von Energielieferanten stetig an, sagen Forschende an der Friedrich-Alexander-Universität Nürnberg-Erlangen, kurz FAU. Und nicht nur was Energiedichte und Kosten angehe, sondern auch die umweltgerechte Herstellung sowie die Möglichkeiten zum Recyceln rücken stärker in den Fokus. Vor allem die Wiederverwendung von Batterien ist nicht einfach zu bewerkstelligen und wirtschaftlich unattraktiv.

In einem neuen Projekt („IDcycLIB“ – kurz für Innovationsplattform einer grünen, detektierbaren und direkt recycelbaren Lithium-Ionen-Batterie), das mit über 4,5 Millionen Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wird, sollen diese Fragen erforscht und beantwortet werden. Die FAU ist dabei und will mit einer Art Batteriepass die dafür nötigen Informationen mit Blick auf das Recyceln direkt in der Batterie speichern.

Lithium-Ionen-Batterien

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Individueller Materialcode per Nanobaustein-Mix

Bisher, heißt es weiter, sind Zell- und Batteriekonzepte nicht dafür ausgelegt, Informationen zur Zellchemie, zum Zustand der Batterie oder zu anderen Eigenschaften zur Verfügung zu stellen, um eine Wiederverwendung möglich zu machen. Das will das FAU-Forschungsteam um Prof. Dr. Karl Mandel, Professur für Anorganische Chemie, seinen Beitrag in dem Forschungskonsortium ändern. Denn die Forschenden wollen die Zellen mit Nano-Markern ausstatten. Diese bestehen aus magnetischen Nanobausteinen und können in unterschiedlichen Verhältnissen kombiniert werden, so Mandel. So ließe sich ein Code aufbauen, der beispielsweise Informationen zur Zellchemie enthalten kann. Das schaffe einen Batteriepasses, der sich von Batterie zu Batterie und je nach den verbauten Materialien unterscheide. Die Marker ermöglichen so das spätere sortenreine Aufteilen der groben Batteriebestandteile mithilfe der elektrohydraulischen Fragmentierung, ein Job, den aber eine andere involvierte Expertengruppe übernimmt.

Wertvolle Substanzen werden wieder zu neuen Batterien

Ein weiteres Thema des Projekts ist die selektive Separation der hochwertigen Materialien durch einen automatisierten Zentrifugenprozess. Und wenn danach die Aktivmaterialien, also die chemischen Substanzen, die die Energie in der Batterie speichern, die gewünschte Qualität besitzen, können daraus frische Batterien entstehen. Sollte die Qualität nicht ausreichen, werden sie durch chemische und physikalische Prozesse aufgearbeitet. Dann können auch diese wieder in Batterien eingesetzt werden, merken die Forschenden an.

Ein Vergleich der elektrochemischen Leistung der Zellen, die aus wiedergewonnenen und neuen Ausgangsmaterialien hergestellt wurden, soll die Effizienz des „IDcycLIB“-Prozesses beweisen. Parallel wird der Recyclingprozess auch für industrienahe Produktionsrückstände getestet. Die experimentellen Arbeiten der Projektgruppen werden durch die Entwicklung entsprechender Software zur Nachhaltigkeitsbewertung und zur Steuerung der digital erfassten Materialströme begleitet, heißt es abschließen.

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