Akkus effektiv wiederverwerten

Lithium-Ionen-Batterien sind eine Schlüsseltechnologie für die Energie­wende und Elektro­mobilität. Die große Verbreitung dieser Energie­speicher führt zu einem hohen Auf­kommen an ausge­musterten Batterien und Akkus, die eine wertvolle Roh­stoff­quelle sind. Aktuell werden für gebrauchte Batterien und Produk­tions­abfälle aus der Batterie­fertigung energie­intensive metallur­gische Recycling­methoden einge­setzt. Damit können nur elemen­tare Metalle zurück­gewonnen werden. Die Wert­schöpfung beruht deshalb meist nur auf den Metall­werten von beispiels­weise Nickel, Cobalt oder Mangan. Wert­voller wäre eine Rück­ge­winnung der eigent­lichen Batterie­materi­alien, die bereits mit hohem Aufwand aus den Grund­ele­menten herge­stellt wurden, beispiels­weise hoch­wertige Lithium-Metall­oxide und bisher gar nicht recycling­fähige Kohlen­stoff­ver­bindungen. Das würde Energie und Kosten sparen und wert­volle Ressourcen wie Lithium nach­haltig sichern.

Hier setzt das Projekt NEW-BAT an, das mit rund 1,6 Millionen Euro im Rahmen der BMBF-Maß­nahme „Forschung zur Bereit­stellung wirt­schafts­strate­gischer Roh­stoffe“ gefördert wird. Unter der Leitung von Andreas Bittner von der Fraun­hofer-Projekt­gruppe für Wert­stoff­kreis­läufe und Ressourcen­strategie arbeiten Wissen­schaftler und Inge­nieure aus Forschung und Industrie an einem neuen Verfahren, mit dem genau diese wert­vollen Batterie­materi­alien komplett aus den Alt­batterien zurück­ge­wonnen und so auf­be­reitet werden, dass sie direkt wieder in neuen Batterien ein­ge­setzt werden können.

Kernstück des neuen Recyclingprozesses ist die elektro­hydrau­lische Zerklei­nerung mit Hilfe von Schock­wellen. Bei diesem Ver­fahren wird das zu zer­klei­nernde Material in ein flüssiges Medium, zum Beispiel Wasser, einge­bracht. Über elek­trische Ent­ladung werden Schock­wellen frei­ge­setzt, die durch das Medium Wasser sehr gleich­mäßig an das Material weiter­ge­geben werden. Damit ist es möglich, Komposite berührungs­frei an den Material­grenzen auf­zu­spalten und so eine einfache und schonende Sepa­ration der Kompo­nenten zu erreichen.

Das Materialgemisch aus den verschiedenen Batterie­kompo­nenten – Kathode, Anode, Elektrolyt, Sepa­rator sowie Zell- und Batterie­gehäuse – kann danach effi­zienten Trenn­ver­fahren unter­zogen werden. Um möglichst reines Batterie­material zu erhalten, werden Verfahren ein­ge­setzt, die sowohl physi­ka­lische Eigen­schaften, wie unter­schied­liche Korn­größe und Dichte, als auch die unter­schied­liche chemische Zusammen­setzung der Materialien zur Sepa­ration nutzen. Das Verfahren ist besonders energie­effi­zient, da im Gegen­satz zu metal­lur­gischen Pro­zessen keine hohen Tempe­ra­turen nötig sind und es lässt sich für Produk­tions­aus­schüsse sowie für Alt­produkte einsetzen.

Da insbesondere die Elektrodenmaterialien der Batterien im Lauf der Batterie­nutzung altern, müssen die Recycling­materi­alien einer genauen Prüfung und Auf­be­reitung unter­zogen werden, um ihre ursprüng­liche Qualität wieder­her­zu­stellen. Mit speziellen Nieder­tempe­ratur­ver­fahren können insbe­sondere Materi­alien von Lithium-Ionen-Batterien von uner­wünschten Degra­dations­pro­dukten an den Ober­flächen befreit und Defekte in den Kristall­struk­turen behoben werden. Diese Auf­be­reitung kann mit einer Veredelung in Form einer Kern-Schale-Beschichtung verknüpft werden, die das recycelte Material hin­sicht­lich der Lebens­dauer sowie der Lade- und Ent­lade­eigen­schaften deut­lich verbessern.

Fh.-ISC / RK