CD-Labor für Fortschrittliches Recycling von Lithium-Ionen-Batterien

Thema dieses CD-Labors sind die Herausforderungen im Recycling von Lithium-Ionen-Batterien, deren chemische Zusammensetzungen je nach Design sehr unterschiedlich sein können: Geforscht wird an Maßnahmen zu deren Bewältigung mit innovativen und nachhaltigen Methoden.

Lithium-Ionen-Batterien, kurz LIBs, werden in zahlreichen technischen Gerätschaften von Smartphone bis Fahrzeug genutzt und stellen durch ihre Wiederaufladbarkeit eine deutliche Verbesserung in puncto Effizienz und Nachhaltigkeit im Vergleich zu konventionellen Einwegbatterien dar. Doch wie lange ihre Lebensdauern auch ausfallen: Jede Lithium-Ionen-Batterie ist eines Tages nicht mehr nutzbar, und bestehende LIB-Recyclingprozesse wie hydro- oder pyrometallurgische Verfahren sind mit großen Herausforderungen wie hohem Energiebedarf, ungewollten Umweltauswirkungen oder komplexer Handhabung der unterschiedlichen Batteriezusammensetzungen verbunden.

Das CD-Labor beschäftigt sich daher mit der Erarbeitung und Evaluierung neuer Methoden und Ansätze in diesem Bereich, um diesen Herausforderungen entgegenzuwirken und das effiziente Recycling auch neuer Batterietypen zu ermöglichen. Ziel ist es, Prozesse schneller, flexibler und zugleich mit hohen Rückgewinnungsraten zu gestalten: Da in der Industrie laufend neue LIB-Designs entworfen werden, muss der Recyclingprozess auf deren entsprechend unterschiedliche chemische Zusammensetzungen reagieren.

Auch gilt es dabei, die Bildung von Nebenprodukten wie Neutralsalzen in der Hydrometallurgie (Metallgewinnung via Reaktionen mit Flüssigkeiten) zu minimieren. Gleichzeitig sollen die verbliebenen Neutralsalze in Basischemikalien umgewandelt werden, die erneut für die Herstellung chemischer Produkte nutzbar sind. Und nicht zuletzt geht es ebenfalls darum, wie wertvolle Materialien besser aus den entstehenden Stoffgemischen abgetrennt und rückgewonnen werden können.

Die Forschung des CD-Labors kombiniert daher fortgeschrittene Analysetechniken, statistische Versuchsplanung, thermodynamische Berechnungen und sorgfältige Prozessbewertung: So will man zu einem tieferen Verständnis des Verhaltens der Elemente in LIBs kommen. Dadurch sollen Möglichkeiten gefunden werden, die Effizienz, Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit von LIB-Recyclingprozessen verbessern, und das unter Berücksichtigung der vielfältigen, sich stets weiterentwickelnden Batteriechemie.

Dazu wird u.a. im Bereich der (Bio-)Hydrometallurgie geforscht, wobei sowohl fortgeschrittene Strategien zum Management von Verunreinigungen entwickelt als auch aktuell angewandte Recyclingtechnologien mit neuen chemischen und verfahrenstechnischen Innovationen kombiniert werden: So wird Wissen dazu gewonnen, wie eine möglichst ideale, selektive Metallrückgewinnung unter Minimierung von Metallverlusten stattfinden kann. Gleichzeitig spielt die Bewertung von Umweltauswirkungen skizzierter Recyclingprozesse und die Identifizierung von Verbesserungspotentialen in diesem Zusammenhang jeweils eine wichtige Rolle. Und um die Lücke zwischen Versuchen im Labormaßstab und dem industriellen Dauerbetrieb zu schließen, kommen hier auch Experimente im sogenannten „Miniplant“-Maßstab zum Einsatz, bei denen die Prozessleistung in industrienahen Bedingungen bewertet wird.

Das CD-Labor leistet damit einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung bestehender und zukünftiger LIB-Recyclingverfahren und -technologien, was wiederum zur Erhöhung der Rückgewinnungsraten und gleichzeitigen Verringerung negativer Umweltauswirkungen führen und EU-Ziele zu Nachhaltigkeit und Selbstversorgung unterstützen wird: Wenn Altbatterien in wertvolle Ressourcen umgewandelt werden können, profitieren (Kreislauf-)Wirtschaft, Umwelt und (durch mehr Versorgungssicherheit) Bevölkerung gleichermaßen!