Farasis stellt neues Direkt-Batterie-Recycling vor

Wie das Unternehmen mitteilt, konnte man nun belegen, dass recyceltes Kathodenmaterial aus gebrauchten Zellen oder Produktionsausschuss zurückgewonnen und in neue Zellen integriert werden kann. Konkret hat Farasis nach eigenen Angaben nachgewiesen, dass Zellen, die bis zu 25 Prozent recyceltes Kathodenmaterial enthalten, eine gleichwertige Leistung erbringen können wie Zellen aus ausschließlich neuem Kathodenmaterial.

Gerade in der Verwertung des Ausschusses aus der Zellproduktion sieht Farasis großes Potenzial: Dort soll die Effizienz der Kathodenverwertung auf über 99 Prozent gesteigert werden können. Da in der Kathode die teuren Materialien wie Nickel, Mangan oder Kobalt verbaut sind, ist hier die Kostenersparnis besonders groß, wenn der Ausschuss ohne größeren Aufwand verwertet werden kann.

Bei den Recyclingverfahren, die derzeit entwickelt und teilweise auch schon angewendet werden, ist die Zerkleinerung der Batterie ein wichtiger Punkt. Am Ende dieses mehrstufigen Prozesses steht die sogenannte „schwarze Masse“ – ein Pulver, in der alle wertvollen Batteriematerialien enthalten sind. Diese werden dann in einem hydrometallurgischen Verfahren chemisch getrennt und aufbereitet. Aus diesen hochrein nach Material getrennten Pulvern können dann – mit erneutem Energieaufwand – neue Kathoden für Batterien hergestellt werden.

Das Direkt-Recycling-Verfahren hingegen ermöglicht laut Farasis „die direkte und vollständige Rückgewinnung des hochwertigen Kathodenmaterials in seiner ursprünglichen chemischen und physikalischen Komposition unter Erhaltung der Kristallstruktur“. Das bedeutet: Das aktive Material für Kathoden wird unversehrt zurückgewonnen und kann direkt wieder für die Produktion neuer Lithium-Ionen-Zellen verwendet werden. Das spart den kosten- und energieaufwendigen Weg, die Batteriematerialien komplett zu trennen und dann wieder zusammenzufügen.

Ein Punkt, den Farasis als Vorteil zählt, könnte in der Praxis zu einem möglichen Minuspunkt für das Verfahren werden: Die chemische Zusammensetzung bleibt gleich. Wird also eine Kathode mit NMC811-Material in diesem Verfahren recycelt, wird daraus wieder eine NMC811-Kathode entstehen. Wird die Kathode hingegen in ihre Grundbestandteile zerlegt, können diese bei der Resynthese gemäß dem dann aktuellen Stand der Technik neu zusammengestellt werden – etwa als kobaltfreie Zellchemie oder als NCA mit zusätzlichem Aluminium-Bestandteil.

Aber: Die Kosten und Energie-Ersparnisse könnten diesen Nachteil aufwiegen, sodass das Verfahren dennoch attraktiv sein kann. Farasis ist überzeugt davon, dass dieses Direkt-Recycling eine wichtige Entwicklung ist. „Unser Ziel ist, eine geschlossene Wertschöpfungskette der Batterie über ihren gesamten Lebenszyklus, vom Design bis zum End-of-life-Management zu entwickeln“, so Keith Kepler, CTO und Mitbegründer von Farasis. „Diesem Anspruch sind wir mit der Validierung unseres Direkt-Recycling-Verfahrens ein gutes Stück nähergekommen.“

Eine der Fokus-Bereiche bei der Entwicklung war laut Farasis die Leistung des recycelten Materials. Damit ein solches Kathodenmaterial auf dem markt erfolgreich sein kann, müssen die Eigenschaften und Leistung der daraus hergestellten Zelen vergleichbar sein mit Zellen, die ausschließlich aus neuem Material hergestellt wurden. Genau das wurde nun nicht nur in internen Tests nachgewiesen, sondern laut Farasis auch extern durch ein Labor des Energieministeriums der Vereinigten Staaten (US Department of Energy) validiert.

Dabei wurde eine 2-Ah-Zelle über 600 Lade- und Entladezyklen getestet. Im nächsten Schritt soll es darum gehen, die Industrialisierung des Kathoden-Recycling-Verfahrens in großem Maßstab zu validieren. „Mit dem klaren Ziel, schnellstmöglich in das Recycling des Kathoden-Elektroden-Ausschusses aus der Zellherstellung einzusteigen“, so Farasis.
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