Forschung Wie Lithium-Ionen-Batterien nachhaltiger werden können

Von Sandro Kipar

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Die Elektromobilität gilt als nachhaltig, doch vor allem bei den Batterien gibt es noch immer ökologische Herausforderungen. Zwei Forschungsprojekte wollen hierbei Verbesserungen entwickeln.

Manuelle Zellfertigung im Batterietechnikum. Dieses bündelt die Kompetenzen des KIT entlang der gesamten Wertschöpfungskette von Batterien.
Manuelle Zellfertigung im Batterietechnikum. Dieses bündelt die Kompetenzen des KIT entlang der gesamten Wertschöpfungskette von Batterien.
(Bild: © www.kit.edu)

Lithium-Ionen-Batterien werden gerade im Verkehrssektor eine wichtige Rolle für die Verkehrswende in Deutschland spielen. Immerhin sollen ab 2035 EU-weit keine neuen Autos mit Verbrennermotor mehr zugelassen werden. Doch so verlockend die Idee eines sauberen Antriebs ist: auch der Elektromotor hat seine ökologischen Nachteile, besonders mit Blick auf die Batterien. Ein Problem, dem sich die Forschung schon seit einiger Zeit widmet.

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) etwa ist maßgeblich an einem neuen Projekt zum Batterierecycling beteiligt. Ziel der Forscher ist es, ein ganzheitliches Konzept zur Wiederverwertung der Materialien von Lithium-Ionen-Batterien zu entwickeln. Das bedeutet, dass der Ansatz auch ein Logistikkonzept sowie die Reintegration von Rezyklaten in den Lebenszyklus der Batterie vorsieht. Bei Rezyklaten handelt es sich um wiedergewonnene Stoffe, in diesem Fall aus gebrauchten Batterien.

Höhere Recyclingquoten

Um diesen Ansatz zu verwirklichen, haben die Wissenschaftler ein mechanisch-hydrometallurgisches Verfahren entwickelt. Es komme ohne energieintensive Prozessschritte aus und soll höhere Recyclingquoten bei Batterien ermöglichen. Materialien, die sich nicht mechanisch trennen lassen, werden unter relativ niedrigen Temperaturen mithilfe von Wasser und Chemikalien aufgespalten, erklären die Forscher.

Auch die Fraunhofer-Gesellschaft beschäftigt sich mit dem Thema Batterien. In einem neuen Projekt spielen etwa Altreifen eine Rolle. Ziel ist es hier, nachhaltige, sichere und recycelbare Elektrolyte und Elektroden für eine neue Batteriegeneration zu entwickeln. „Die Anode besteht beispielsweise aus einem hochporösen Kohlenstoff-Aerogel, das am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. im Institut für Werkstoff-Forschung entwickelt wird und aus nachhaltigen Biorohstoffen hergestellt werden soll“, erläutern Christian Kaiser und Sebastian Dittrich, Leiter der Arbeitsgruppe „Aufbereitung und Verwertung“ am Fraunhofer IBP. Zur Verbesserung der Leitfähigkeit wird dieses Aerogel mit einem vom Fraunhofer IBP aufbereiteten Industrieruß kombiniert. Die Forschenden nutzen hierbei keinen neu produzierten Industrieruß, sondern gewinnen ihn aus Altreifen.

Eigentlich ist recyceltes Carbon Black mit metallischen Oxiden und Silikaten verunreinigt. Das bedeutet, dass es weder in Reifen noch in Batterien genutzt werden kann. Das Fraunhofer IBP hat jedoch ein Reinigungsverfahren entwickelt, das sogenanntes „recovered Carbon Black“ auch in den Lithium-Ionen-Batterien nutzbar macht. Dafür müsse der Reinigungsprozess allerdings noch optimiert werden. Neben der Gewinnung des Carbon Black aus Altreifen werden auch die Elektroden und der Elektrolyt selbst von den Forschern so konzipiert, dass sich diese am Ende der Batterie-Lebensdauer wiederverwerten lassen.

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