05.04.2019, 11:10 Uhr

Neues Recyclingverfahren für ausgediente E-Batterien

Cottbus - In der Elektromobilität spielen Batterien eine zentrale Rolle. Die Rückgewinnung von seltenen Rohstoffen ausgedienter Akkus ist nicht nur umweltpolitisch sinnvoll. Ein neues Recyclingverfahren soll nun zur Industriereife weiterentwickelt werden.

Ein industriegeführtes Konsortium stellt sich im Rahmen eines Forschungsprojektes die Aufgabe, Kathodenmaterial ohne Qualitätsminderung aus ausgedienten Akkus rückzugewinnen. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)gefördert.

Hohe Leistungsfähigkeit von Lithium-Ionen-Akkus in Elektroautos

Bis zu 780 Kilogramm schwer ist ein Lithium-Ionen-Akku für ein Elektrofahrzeug der Oberklasse, das damit eine Reichweite von bis zu 600 Kilometern erzielen kann. Diese enorme Leistungsfähigkeit beruht auf dem Design und de als Kathode und Anode eingesetzten Materialien. Das gilt insbesondere für das Kathodenmaterial, eine hochwertige Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Sauerstoffverbindung, an die besondere Anforderungen hinsichtlich ihrer Zusammensetzung und Verarbeitung gestellt werden. Neben seinen wichtigen funktionalen Eigenschaften ist das Kathodenmaterial nicht nur teuer, sondern gehört auch zu den seltenen Rohstoffen wie Kobalt oder Nickel. Eine Rückgewinnung der im Kathodenmaterial enthaltenen Elemente ist wirtschaftlich sinnvoll und verringert die Abhängigkeit von Rohstoffimporten.

Bisherige Recyclingverfahren unzureichend

Bisher entwickelte Recyclingverfahren beruhen auf einer vollständigen Zerstörung der in den Akkus enthaltenen Funktionsmaterialien, indem sie in energieaufwendigen Hochtemperaturprozessen aufgeschmolzen oder nach einer kompletten Vorzerkleinerung in chemischen Behandlungsschritten zu Metallsalzlösungen umgesetzt werden. Beide Vorgehensweisen erfordern neben einem enormen Energieeinsatz weitere, aufwendige Rückgewinnungs- und Reinigungsverfahren, um am Ende die reinen Metallsalze für die Herstellung von neuem Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid zu erhalten.

Neuer Recyclingansatz - Pilotverfahren zur Industriereife weiter entwickeln

Das industriegeführtes Konsortium will nun Kathodenmaterial zerstörungsfrei zurückgewinnen. Beteiligt ist die Brandenburgische Technische Universität (BTU) mit den Fachgebieten Physikalische Chemie und Aufbereitungstechnik. Projektleiter an der BTU, Prof. Dr. Jörg Acker: „Unser Ziel ist es, gemeinsam mit dem Recycling- und Logistik-Unternehmen ERLOS ein aktuell bewährtes Pilotverfahren zur Industriereife zu führen. Mit dem Verfahren werden Lithiumtraktionsakkus teilautomatisiert demontiert und die enthaltenen Batteriezellen anschließend in ihre Bestandteile, wie Kathode und Anode, zerlegt. Das begehrte Kathodenmaterial befindet sich auf Trägerfolien aus Aluminium und wird ebenfalls automatisiert durch ein besonders schonendes Verfahren von den Folien abgetrennt und aufgefangen.“ Weitere Akkubestandteile, wie es zum Beispiel der Elektrolyt mit seinen Lithium-Komponenten ist, halten die Forschenden ohne Gefährdung von Mensch und Umwelt emissions- und verlustfrei zurück.

Testbatterien mit recyceltem Kathodenmaterial

Aus dem rückgewonnenen Kathodenmaterial werden Testbatterien verschiedener Größe hergestellt, die vom Projektpartner HOPPECKE, einem Spezialisten für Industriebatteriesysteme, intensiv untersucht werden. Von den Messungen werden Aussagen über die Leistungsfähigkeit des rückgewonnenen Materials und über notwendige Verbesserungen im Prozess abgeleitet. Das Projekt soll zur Großserien-Rückgewinnung von qualitativ hochwertigem Kathodenmaterial führen. Durch die Herstellung von sogenannten Second-use-Lithium-Akkus wird es für Pkws, aber auch andere industrierelevante Anwendungen, wie beispielsweise Gabelstapler, Flurförderzeuge oder stationäre Speicher wieder einsetzbar.

Quelle: IWR Online

© IWR, 2019