Recycling und Grüne Batterie

Die Akzeptanz und Zukunftssicherung der E-Mobilität hängt auch mit den Möglichkeiten des Batterierecyclings zusammen. Hier setzt die Arbeitsgruppe »Recycling und Grüne Batterie« an. Ziel muss eine wirtschaftliche Kreislaufführung von Batteriekomponenten sein, um Verluste im Produkt- und Stoffkreislauf zu vermeiden und negative Umweltwirkungen von Batterien sowie geopolitische Abhängigkeiten zu reduzieren. Das Fraunhofer IKTS entwickelt verschiedene Konzepte, mit denen Stoffkreisläufe geschlossen und Rohstoffe in die Batteriezellproduktion zurückgeführt werden können.

Resynthese von Aktivmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien

Ein Schwerpunkt der Forschungsaktivitäten liegt auf der Resynthese von Aktivmaterialien aus zurückgewonnenen Rohstoffen, den sogenannten Sekundärrohstoffen. Das Fraunhofer IKTS geht der Frage nach, wie sich solche Materialien wiederverwenden lassen und welchen Einfluss diese auf die Leistung der Batteriezellen haben. In diesem Zusammenhang werden bestehende Recyclingverfahren gezielt adaptiert, um die notwendige Materialreinheit von gleichbleibend hoher Qualität zu gewährleisten.

Recyclinggerechtes Design für Lithium-Ionen-Zellen

Batteriesysteme werden am Ende ihres ersten Lebenszyklus in der Regel lediglich mechanisch demontiert und die Einzelzellen anschließend einer thermischen Verwertung zugeführt. Batteriesysteme sind bisher konstruktiv und materialtechnisch nicht für ein Recycling optimiert. Vor diesem Hintergrund entwickelt das Fraunhofer IKTS für Flüssigelektrolyt- und Festkörperbatterien Gestaltungsrichtlinien, um ein kreislauforientiertes Design und eine recyclinggerechte Konstruktion umsetzen zu können. Dies schließt ebenso die Betrachtung der Demontagefähigkeit und Trennbarkeit ein.

Inline-Prüftechnik für einen optimierten Ressourceneinsatz

Eine End-of-life Batterie durchläuft während der Recyclingphase viele verschiedene Prozessschritte bis bereits genutzte Materialien wiederverwendet werden können. Mit Hilfe computergestützter Techniken werden diese auf Grundlage von Prozessdaten analysiert und hinsichtlich ökologischer und ökonomischer Zielgrößen optimiert. Das Fraunhofer IKTS entwirft Sensor- und Digitalisierungskonzepte, um über spezielle Auswertealgorithmen eine prozessübergreifende Datenbasis über die gesamte Wertschöpfungskette aufzubauen.

Die in der Industrie etablierten Prozesse zur Batterieherstellung sind meistens erfahrungsbasiert und -optimiert. Um die wissenschaftliche Betrachtung aller Prozessschritte zu ermöglichen und damit die neuartigen Entwicklungen effizienter voranzubringen, ist eine ausführliche Datengewinnung unausweichlich. Am Applikationszentrum Batterietechnologie in Freiberg werden, verbunden mit der Prozesserfahrung, geeignete und inline-fähige Prüfmethoden basierend auf den Anforderungen der Qualitätssicherung entwickelt. Durch die hochtechnisierten Pilotanlagen können Ursachen zur Defektentstehung in Hinblick auf die Reduktion des Ausschusses und der optimierte Ressourceneinsatz untersucht werden.

Die Vielfalt der eingesetzten Messtechnik erlaubt eine neuartige Kombination von Daten und dadurch die Ermittlung wichtiger Korrelationen. Weiterhin bilden die erzeugten Daten eine Grundlage für die zukünftige automatische Steuerung der Anlagen und damit den Übergang zur Industrie 4.0. Diese Informationen werden genutzt, um den Einfluss von Material- und Energieeffizienzen sowie die Output-Qualität der Rezyklate zu verbessern.

Leistungsangebot

• Charakterisierung von (resynthetisierten) Aktivmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien
• Recyclinggerechtes Design von Batteriezellen
• Inline-Prüftechnik und Digitalisierungskonzepte für einen optimierten Ressourceneinsatz
• Wirtschaftliche und ökologische Bewertung von Recyclingprozessen