„ProRec“: Verbundprojekt untersucht wasserbasiertes Batterie-Recycling

Das Verbundprojekt ProRec will unter Beteiligung der Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB in Münster Materialien aus wässrig prozessierten Lithium-Ionen-Batterieelektroden zurückgewinnen und auf ihre Weiternutzung hin analysieren.

Mithilfe eines wasserbasierten Recyclingverfahrens wollen die Forschenden Materialien aus wässrig prozessierten – also unter Verwendung von Wasser als Lösungsmittel hergestellten – Elektroden zurückgewinnen. Die Grundlage für dieses Recyclingverfahren wird aber schon in der Herstellung der Elektroden gelegt.

Dort werden fluorfreie Bindemittel eingesetzt, die eben wässrig prozessiert werden können. „Für das Recycling bringen diese Binder neue Möglichkeiten mit sich“, sagt Sascha Nowak, einer der Projektkoordinatoren und Leiter des Forschungsbereichs Analytik und Umwelt am MEET Batterieforschungszentrum der Universität Münster. Ziel des Projekts ist es, herauszufinden, wie sich die Wasserlöslichkeit der Binder nutzen lässt, um mittels wasserbasierter Recyclingprozesse sowohl das Aktivmaterial von den Stromsammlern abzulösen als auch die weiteren wasserlöslichen Bestandteile, wie zum Beispiel Lithiumsalze, zu extrahieren.

ProRec wird am MEET gemeinsam mit den ebenfalls an der Universität Münster in den Fachbereichen Chemie und Pharmazie ansässigen Instituten für betriebswirtschaftliches Management sowie für Anorganische und Analytische Chemie koordiniert. An dem Verbundprojekt beteiligt sind außerdem das Institut für Aufbereitung, Recycling und Kreislaufwirtschaftssysteme der Technischen Universität Clausthal, das Institut für Partikeltechnik der Technischen Universität Braunschweig und das physikalisch-chemische Institut der Justus-Liebig-Universität Gießen.

In der Fraunhofer FFB soll die Skalierung der wässrigen Elektrodenherstellung, mit der Einbindung von recyceltem Material in Zusammenarbeit mit dem MEET untersucht werden. „Hierbei soll ein tiefgreifendes Prozessverständnis insbesondere auf der Kathodenseite geschaffen werden, um Erkenntnisse für den Einsatz wasserlöslicher Binder in der kommerziellen Batteriezellfertigung zu gewinnen“, heißt es in der Mitteilung. Zudem erhofft sich die Fraunhofer FFB Erkenntnisse etwa bei der Einbringung von recyceltem Material in die Elektroden und Zellfertigung bei gleichbleibender hochwertiger Qualität.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Verbundprojekt über drei Jahre mit 3,2 Millionen Euro.

Die Fraunhofer FFB hat sich zudem mit dem Klebemittelhersteller Tesa auf eine Zusammenarbeit verständigt. Die gemeinsamen Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten zielen auf den Einsatz von innovativen Tape-Anwendungen in der Batteriezelltechnik ab. Noch ist es eine Absichtserklärung, aber bereits im Mai soll ein „regelmäßiger interdisziplinärer Austausch der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von Fraunhofer, sowie der Ingenieure von Tesa“ etabliert werden. Zudem soll bald ein Whitepaper zur Bündelung der Ergebnisse aus den Forschungs- und Entwicklungsprojekten vorgelegt werden.

In der Batteriezellfertigung tragen Klebebänder dazu bei, die Stabilität, Langlebigkeit und Sicherheit der Batteriezelle zu gewährleisten. Neben der Fixierung des Elektrodenstapels in der Zelle, benötigen beispielsweise Fahrzeugbatterien eine sichere elektrische Isolierung in Form von einer Folie, welche die Zellen oder Batteriemodule umhüllen. Darüber hinaus werden Klebebänder bei der späteren Montage zu Batteriesystemen benötigt, um die Positionierung der Zellen zu gewährleisten.

Außerdem können Klebebänder laut der Fraunhofer FFB in Zukunft auch eine wichtige Rolle beim Batterie-Recycling spielen: Wenn eine ausgediente Batterie für ein sortenreines Recycling in ihre Einzelteile zerlegt werden muss, könnten Batteriesysteme mit Klebebändern zerstörungsfrei geöffnet und wiederverwertet werden.
fraunhofer.de (ProRec), fraunhofer.de (Tesa-Kooperation)