NeW-Bat: Schockwellen helfen, Lithium-Ionen- Batterien zu recyceln

Ziel des Projekts „NeW-Bat“ ist die Entwicklung eines neuen Recyclingverfahrens für elektrochemische Energiespeicher, für Lithium-Ionen-Batterien. Kostengünstig und energieeffizient sollen die Batteriematerialien zurückgewonnen und aufbereitet werden. Dies geschieht mit Hilfe von Druckwellen, die die einzelnen Bestandteile voneinander trennen. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme „r4 – Innovative Technologien für Ressourceneffizienz – Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe“ gefördert. „r4” sichert Hightech-Ressourcen und damit Zukunft.

Neues Schockverfahren

Lithium-Ionen-Batterien sind eine Schlüsseltechnologie für die Energiewende und für Elektromobilität. Durch das wachsende Altproduktaufkommen stellen diese Energiespeicher eine wertvolle Rohstoffquelle dar. „NeW-Bat“ erschließt diese Quelle durch ein neues Recycling-Verfahren.

Das innovative Kernstück des neuen Recyclingprozesses ist die elektrohydraulische Zerkleinerung mittels Schockwellen. Dabei wird das Material in ein flüssiges Medium, beispielsweise Wasser, eingebracht. Über elektrische Entladung werden starke Druckwellen freigesetzt. Die Schockwellen treffen sehr gleichmäßig auf das zu recycelnde Material. Damit ist es möglich, die Komposite quasi berührungsfrei an den Materialgrenzen aufzuspalten und so eine einfache und schonende Trennung der Komponenten zu erreichen.

Das Materialgemisch aus Kathode, Anode, Elektrolyt, Separator sowie Zell- und Batteriegehäuse kann weiteren effizienten Trennverfahren unterzogen werden. Um möglichst reines Batteriematerial zu erhalten, orientieren sich die nachgeschalteten Verfahren an Form, Dichte und Zusammensetzung der Materialien. Die Trennung der Materialien soll durch Siebeverfahren (Formsortierung), durch Einsatz von Trenntischen (Dichtesortierung) oder sensorgestützte Sortierung erreicht werden.

Pilotanlage

„NeW-Bat“ recycelt mittels Druckwellen: Pilotanlage.

ImpulsTec GmbH

Energie- und materialeffizientes Batterie-Recycling

Anders als beim rein metallurgischen Recycling wollen die Projektpartner von „NeW-Bat“ nicht nur die Elemente, sondern auch die synthetisierten Basismaterialien zurückgewinnen. Hierzu zählen Lithium-, Nickel-, Cobalt- und Manganhaltige Verbindungen, hochwertige Kohlenstoffe oder spezielle Seltenerd- Legierungen.

Das neue Verfahren ist besonders energieeffizient, da keine hohen Prozesstemperaturen nötig sind. Zudem ist es materialeffizient. Auch Materialien wie graphitische Kohlenstoffe oder Lithium-haltige Verbindungen können einfach und in großem Maßstab zurückgewonnen werden. Das Verfahren eignet sich sowohl für Produktionsreste als auch für Altprodukte. Neben dem Recycling der Lithium-Ionen-Batterien, wird es auch auf NiMH-Batterien (Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren) und Superkondensatoren, so genannte „Supercaps“, anwendbar sein.

Veredelnde Core-Shell-Beschichtung

Um die Elektrodenmaterialien aus Altprodukten, die oftmals eine Verschlechterung ihrer elektrochemischen Eigenschaften aufweisen, wieder in ihre ursprüngliche Qualität zu überführen, ist eine chemische oder thermische Aufbereitung notwendig. Schon mit vergleichsweise niedrigen Temperaturen können die Forscher des Fraunhofer ISC insbesondere Materialien von Lithium- Ionen-Batterien von unerwünschten Degradationsprodukten an den Oberflächen befreien und Defekte in den Kristallstrukturen beheben. Diese Aufbereitung kann mit einer Veredelung in Form einer Core-Shell- Beschichtung kombiniert werden, die das recycelte Material bezüglich Zyklenfestigkeit und Hochvoltstabilität verbessert.

Am Projekt sind zwei Partner aus der Wissenschaft beteiligt: die Fraunhofer-Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS in Alzenau/ Hanau (Koordinator) als Experte auf den Gebieten Recycling, Substitution und Ressourcenstrategien und das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC in Würzburg mit langjähriger Expertise im Bereich der elektrochemischen Energiespeicher. Vervollständigt wird das Konsortium durch Industriepartner mit gebündelter Kompetenz aus Recycling, Batterien und Anlagenbau: Lars Walch GmbH & Co. KG in Baudenbach, GRS Service GmbH in Hamburg und die ImpulsTec GmbH in Dresden.