Demontage einer Batterie für Elektrofahrzeuge
TU Braunschweig
Wissenschaftler an der Technischen Universität Braunschweig haben ein Recyclingverfahren für Lithium-Ionen-Batterien entwickelt, das Quoten von über 75 Prozent pro Batteriesystem ermöglichen soll. Um Batteriesysteme weiter zu verbessern, forschen die Braunschweiger Forscher zudem an langlebigeren Batteriezellen.
Das Verfahren wurde im Rahmen des Verbundprojekts LithoRec II entwickelt und in diesem Zusammenhang auch eine Pilotanlage für die mechanische Separation der Batteriematerialien und die Umsetzung sämtlicher Verfahren der Recyclingkette aufgebaut.
Die Forscher setzen dabei demontierende, verfahrenstechnische und metallurgische Verfahren ein, und sie untersuchen sämtliche Prozesse der Recyclingkette von der Deaktivierung von Batterien und Zellen über die (teil-) automatisierte Demontage der Batterien bis hin zur Zerkleinerung und Klassierung der verschiedenen Materialfraktionen. Um eine hohe Rückgewinnungsquote zu erzielen, wurde auch das Recycling der Elektrolyte (Leitsalze und Lösungsmittel) und der Anodenbeschichtungen (Graphit) untersucht.
Demonstratoranlage in Betrieb
Diese Demonstrationsanlage zum Recycling von Lithium-Ionen-Batterien ist am vergangen Freitag, 11. Dezember 2015, an der TU Braunschweig eingeweiht worden. In der Anlage werden Batterien aus Elektrofahrzeugen demontiert, entladen und aufbereitet. Das neu entwickelte und von namhaften Konsortialpartnern mehrfach zum Patent angemeldeten Verfahren ermögliche Recyclingquoten von über 75 Prozent pro Batteriesystem, sagen die Forscher der TU Braunschweig. Der derzeitige Stand der Technik liege bei unter 60 Prozent. Zuvor, so berichten die Wissenschaftler, wird die in den Altbatterien gespeicherte Restenergie bei der Entladung in das Stromnetz der TU Braunschweig eingespeist und dem Wertschöpfungsprozess wieder zugeführt.
Aufgrund der eingesetzten unterschiedlichen Materialien und der Komplexität der Traktionsbatterien sei die Entwicklung des Recyclingverfahrens eine umfangreiche Aufgabe gewesen, die das Zusammenwirken von verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen und Industriepartnern verlangte. Die Battery Labfactory Braunschweig (BLB), als eine Einrichtung des Niedersächsischen Forschungzentrums Fahrzeugtechnik der TU Braunschweig, habe sich dabei als geeignete Forschungsumgebung erwiesen, um das gesetzte Projektziel zu erreichen.
Mit dem Prozess werden den Forschern zufolge wertvolle Materialien zurückgewonnen, die Primärrohstoffe wie Lithium, Nickel oder Kobalt in der Neuproduktion von Traktionsbatterien ersetzen können. Das Projekt LithoRec II leiste somit einen wichtigen Beitrag zu einer nachhaltigen Elektromobilität sowie zur Verringerung der geostrategischen Abhängigkeit von wichtigen Rohstoffen. LithoRec II ist ein Leuchtturmprojekt der Bundesregierung im Bereich Recycling und Ressourceneffizienz. So wurde die Demonstratoranlage zum Recycling von Lithium-Ionen Batterien durch das Bundesumweltministerium (BMU) gefördert.
Verbesserungspotenziale von Batteriesystemen
Zudem forschen Wissenschaftler des Graduiertenkollegs Energiespeicher & Elektromobilität Niedersachsen (GEENI) der TU Braunschweig an langlebigeren Batteriezellen. Ihre Ergebnisse und Ideen zur Verbesserungen von Batteriesystemen für die Elektromobilität haben die Forscher vor kurzem der Öffentlichkeit vorgestellt.
So sei es den Forschern unter anderem gelungen, eine neue, umweltfreundliche Syntheseroute zur Abscheidung von Metallen auf kohlenstoffbasierten Materialien zu entwickeln. Auf diese Weise habe die Haftung von Anodenmaterialien auf dem Stromsammler verbessert werden können, was zu einer höheren Zyklenstabilität und Kapazität von Lithium-Ionen-Halbzellen führe. In der Praxis könnten so langlebigere Batteriezellen entstehen.
Außerdem haben die GEENI-Forscher ein neues In-situ-Messverfahren entwickelt. Es soll den Nachweis einer bisher nicht bekannten Reduzierung der mechanischen Festigkeit des Anodenmaterials Graphit bei der schnellen Ladung ermöglichen. Dies könnte beim schnellen Laden und Entladen der Batteriezellen langfristig zu einem Leistungsverlust der Batterie im Elektroauto führen. Anhand des Messverfahrens sei es den Forschern gelungen, auch andere Aktivmaterialien gezielt zu untersuchen und Optimierungsstrategien vorzuschlagen, um eine Performancesteigerung der Batteriezelle und damit der Leistungsfähigkeit des E-Fahrzeugs zu erreichen.
Batteriekonzept der Zukunft
Das Graduiertenkolleg GEENI bündelt die natur- und ingenieurswissenschaftlichen Kompetenzen von Instituten aus fünf verschiedenen Hochschulen Niedersachsens, der Physikalisch Technischen Bundesanstalt (PTB) und dem MEET Batterieforschungszentrum der Wilhelms-Universität Münster. Gemeinsam wollen die Forscher Antworten auf die Frage des Batteriekonzepts der Zukunft finden.
Seit 2012 forschen die 30 Wissenschaftler vernetzt in Arbeitsgruppen zusammen. Ihr Ziel ist es, die wechselseitigen Abhängigkeiten der Transportprozesse (Ionen-, Elektronen- und Wärmestrom) und des mechanischen Stresses von den eingesetzten Materialien und den Verarbeitungsprozessen aufzuklären. Darauf aufbauend sollen mit neuen Materialien und Fertigungstechnologien substantielle Verbesserungen von Batteriesystemen für die Elektromobilität erreicht werden. GEENI wird vom Niedersächsischen Ministerium für Wissenschaft und Kultur (MWK) gefördert.