Kreislaufführung von Batteriekomponenten

Leistungsfähige Energiespeicher sind eine Schlüsselkomponente für die Energiewende. Zentrale Voraussetzung ist, dass Energiespeicher nicht nur technisch-wirtschaftlich, sondern auch im Hinblick auf die ökologische Nachhaltigkeit überzeugen. Daher wird am Fraunhofer THM/IKTS an Konzepten und Technologien gearbeitet, mit denen Material- und Stoffkreisläufe geschlossen und rückgewonnene Materialien und Rohstoffe in die Batteriezellproduktion zurückgeführt werden können.
 

Resynthese von Aktivmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien

In den kommenden Jahren ist mit steigenden Rücklaufmengen an Batteriematerialien aus Recyclingprozessen zu rechnen. Das Fraunhofer THM/IKTS untersucht, unter welchen Bedingungen sich diese Materialien für eine Resynthese wieder verwenden lassen und welchen Einfluss sie auf die elektrochemische Performance der Batteriezellen haben. Im Hinblick auf die notwendige Material- und Stoffqualität –  vor allem Reinheit – werden bestehende Recyclingverfahren gezielt für Resyntheseverfahren weiterentwickelt sowie ökologisch und ökonomisch bewertet. Um Aktivmaterialien in den Prozesskreislauf der Elektrodenproduktion zurückführen zu können, ist es zudem von essenzieller Bedeutung, dass eine gleichbleibende Qualität der Produkte gewährleistet werden kann. Darüber hinaus evaluiert das Fraunhofer THM/IKTS, welche Verwertungsrouten es außerhalb der Wertschöpfungskette von Lithium-Ionen-Batterien gibt.

Recyclinggerechtes Design für Lithium-Ionen-Batteriezellen

Batteriesysteme werden am Ende ihres ersten Lebenszyklus in der Regel lediglich mechanisch demontiert und die Einzelzellen anschließend einer thermischen Verwertung zugeführt. Das stoffliche Recycling auf Zellebene wird praktisch nicht durchgeführt. Auch innerhalb des Recyclingprozesses wird deutlich, dass heutige Batteriesysteme konstruktiv und materialtechnisch nicht für ein Recycling optimiert sind. Vor diesem Hintergrund beschäftigt sich das Fraunhofer THM mit der systematischen Entwicklung von Gestaltungsrichtlinien für das kreislauforientierte Design und die recyclinggerechte Konstruktion von Lithium-Ionen-Zellen mit Flüssigelektrolyt und für Festkörperbatterien. Darüber hinaus werden Aspekte der Demontagefähigkeit und Trennbarkeit betrachtet sowie Wartungs- und Instandsetzungskonzepte zur Verlängerung des Lebenszyklus erstellt. Ziel ist es, die Kreislauffähigkeit von Batteriesystemen zu steigern, um Verluste im Produkt- und Stoffkreislauf zu vermeiden und negative Umweltwirkungen von Batterien zu reduzieren.