Fortschritt im Batterie-Recycling: „Unendliche“ Haltbarkeit von Lithium-Ionen-Batterien in Sicht

Im Zuge des Booms der Lithium-Ionen-Batterien, den die Mobilitätswende mit sich gebracht hat, ist nach Aussage des europäischen Mobilitätsverbands Transport and Environment für die nächsten Jahre mit über 40 neuen Projek­ten für Batteriefabriken zu rechnen. Angesichts der immer dringlicher werden­den Suche nach effizienten und nachhaltigen Ansätzen zur Energiegewin­nung stellt sich auch die Frage nach entsprechenden Recyclinglösungen für Batterien.

Während das Recycling der Lithium-Ionen-Batterien bisher erst nach dem Schreddern der entladenen Batterien beginnen konnte – nur so kommt man an die verbauten Wertstoffe –, arbeiten Forscher des INM in Saarbrücken, der FAU in Erlangen sowie des Fraunhofer-ISC in Würzburg an einem effizienteren Verfahren zur vollständigen Rückführung der Wertstoffe in den Rohstoffkreis­lauf. Es handelt sich dabei um das BMBF-Projekt „AdRecBat“, das additiv ba­sierte Design zum Zweck des Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien. Dabei richten sich die Bemühungen der Forscher nicht nur auf die Komponenten, die für die Energiespeicherung notwendig sind, sondern auch auf die übrigen Teile wie Gehäuse, Elektroden oder Verkapselungen.

Integrierter Trenneffekt

Um das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien am Ende von deren Lebens­zyklus zu erleichtern, untersuchen die Forschenden alle Schlüsselverbindungen der einzelnen Komponenten – die Änderungen gegenüber dem heutigen Design geschehen also auf mehreren Ebenen. Stellen, die für eine Wieder­verwertung relevant sind, sind z. B. die Schnittstelle zwischen Elektrode und dem Stromabnehmer, die Siegelnaht der Pouchfolie und die begrenzende Fläche zwischen Aktivmaterial und Kathode.

Bei dem neuen Design arbeiten die Forscher mit Triggermaterialien, die bei unterschiedlichen Veränderungen der Außenbedingungen Trennreaktionen hervorrufen. Solche Veränderungen können die Temperatur, den pH-Wert oder das äußere Magnetfeld betreffen. Ändert sich beispielsweise der pH-Wert, kommt es zur Trennreaktion, und die Komponenten lösen sich vonei­nander. Die Herausforderung bezüglich der Triggermaterialien – auch Triggeradditive genannt – besteht darin, dass sie flexibel in unterschiedliche Batterietypen einbaubar sein sollen, auch herstellerunabhängig.

Der Gedanke, der hinter dem Verfahren steckt, ist der der „Unsterblichkeit“ der einzelnen Materialien: Sie sollen – zumindest theoretisch – unendlich oft recycelt werden können. Um das zu erreichen und um eine gewisse Wirt­schaftlichkeit und Effizienz in der Wirkungsweise der Komponenten zu garan­tieren, dürfen die Trennadditive die Funktionalität der Komponenten, die sie umgeben, in keinerlei Weise beeinträchtigen. Gelingt das, könnte das chaoti­sche Schreddern bei Lihium-Ionen-Batterien schon bald der Vergangenheit angehören.

Quelle: maschinenmarkt.vogel.de, Peter Königsreuther, 10.01.2023
Bild: Institut für Neue Materialien (INM)