Energieeffizientes Materialrecycling im Verbundprojekt LiBinfinity für Lithium-Ionen-Batterien – KIT übernimmt Bewertung der Rezyklate
Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und die Mercedes-Benz AG, die Daimler Truck AG, die Primobius GmbH, die SMS group GmbH, die Technische Universität Clausthal und die Technische Universität Berlin sind maßgeblich an einem neuen Projekt zum Batterierecycling beteiligt: In „LiBinfinity“ erarbeiten die Partner aus Forschung und Industrie ein ganzheitliches Konzept zur Wiederverwertung der Materialien von Lithium-Ionen-Batterien. Dazu wird ein mechanisch-hydrometallurgisches Verfahren ohne energieintensive Prozessschritte vom Labor in einen für die Industrie relevanten Maßstab überführt.
Batterien aktuell – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft für Solarify
Das KIT prüft die Rezyklate auf ihre Eignung zum Herstellen neuer Batterien. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) fördert LiBinfinity mit knapp 17 Millionen Euro, davon erhält das KIT rund 1,2 Millionen Euro. Die Nachhaltigkeit der Elektromobilität hängt wesentlich von den Batterien ab. Diese enthalten wichtige Rohstoffe wie Lithium, Kobalt, Nickel und Mangan. Die in Lithium-Ionen-Batterien verwendeten Materialien lassen sich zu mehr als 90 Prozent stofflich wiederverwerten. Doch das nun gestartete Projekt LiBinfinity geht darüber weit hinaus und zielt auf ein ganzheitliches Recyclingkonzept für Lithium-Ionen-Batterien (LiB). „Vor allem bei der Elektrifizierung von Lkws benötigen die Batterien so viel Material, dass ein Einsatz der Rezyklate für andere Anwendungen nicht ausreichend ist“, sagt Professor Helmut Ehrenberg, Leiter des Instituts für Angewandte Materialien – Energiespeichersysteme (IAM-ESS) des KIT. „Vielmehr bedarf es eines geschlossenen Kreislaufs bei den Batterien selbst. Das bedeutet, die Materialien aus gebrauchten Batterien zur Herstellung neuer Batterien zu verwenden.“
In LiBinfinity erarbeiten Partner aus Forschung und Industrie einen Ansatz, der sich von Logistikkonzepten bis hin zur Reintegration von Rezyklaten in den Lebenszyklus der Batterie erstreckt. Sie entwickeln ein mechanisch-hydrometallurgisches Verfahren, das ganz ohne energieintensive Prozessschritte auskommt und höhere Recyclingquoten ermöglicht: Materialien, die sich nicht mechanisch trennen lassen, werden unter relativ niedrigen Temperaturen mithilfe von Wasser und Chemikalien aufgespalten.
Kathodenmaterialien müssen hohe Anforderungen erfüllen
Das KIT übernimmt in LiBinfinity die Aufgabe, die Rezyklate, das heißt die wiedergewonnenen Stoffe, auf ihre Eignung als Ausgangsstoffe für die Herstellung neuer Batterien zu prüfen. „Diese Validierung ist unerlässlich, da Materialien für Batterien hohe Anforderungen erfüllen müssen“, erklärt Joachim Binder, Leiter der Forschungsgruppe Synthese und keramische Pulvertechnologie am IAM-ESS. „Vor allem gilt dies für Kathodenmaterialien, die Effizienz, Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Kosten der Batterien wesentlich mitbestimmen.“ Am KIT laufen für LiBinfinity folgende Arbeiten: Eingangskontrolle der Rezyklate, Synthese neuwertiger Kathodenmaterialien, Elektrodenfertigung, Herstellung von großformatigen Lithium-Ionen-Batteriezellen in Industriequalität, Zelltestung und Bewertung der Batteriezellen. Basierend auf den Untersuchungen werden die Anforderungen an die Qualität der Rezyklate festgelegt, um diese in den Wertstoffkreislauf zurückführen zu können.
Ein ganzheitliches Recyclingkonzept für Batteriematerialien verbessert nicht nur die Nachhaltigkeit der Elektromobilität unter ökologischen, ökonomischen und sozialen Aspekten, sondern verringert auch Europas Rohstoffabhängigkeiten.
Über LiBinfinity
Für das Projekt LiBinfinity hat sich ein Konsortium um die Licular GmbH zusammengefunden, einem 100-prozentigen Tochterunternehmen der Mercedes-Benz AG. Am Mercedes-Benz-Standort Kuppenheim entsteht eine Recycling-Pilotanlage mit einer Jahreskapazität von 2 500 Tonnen. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) fördert LiBinfinity in der Fördermaßnahme zum „Batterie-Ökosystem“ mit knapp 17 Millionen Euro. Davon erhält das KIT rund 1,2 Millionen Euro. Das Vorhaben LiBinfinity trägt soll wesentlich dazu beitragen, die von der Europäischen Kommission vorgeschlagenen und derzeit noch in Abstimmung befindlichen Zielvorgaben im Rahmen der EU-Batterieregulierung zu erfüllen.
Als „Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft“ schafft und vermittelt das KIT Wissen für Gesellschaft und Umwelt. Ziel ist es, zu den globalen Herausforderungen maßgebliche Beiträge in den Feldern Energie, Mobilität und Information zu leisten. Dazu arbeiten rund 9 800 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auf einer breiten disziplinären Basis in Natur-, Ingenieur-, Wirtschafts- sowie Geistes- und Sozialwissenschaften zusammen. Seine 22 300 Studierenden bereitet das KIT durch ein forschungsorientiertes universitäres Studium auf verantwortungsvolle Aufgaben in Gesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaft vor. Die Innovationstätigkeit am KIT schlägt die Brücke zwischen Erkenntnis und Anwendung zum gesellschaftlichen Nutzen, wirtschaftlichen Wohlstand und Erhalt unserer natürlichen Lebensgrundlagen. Das KIT ist eine der deutschen Exzellenzuniversitäten.
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