Forschungsprojekt
Bisher wurde noch keine Batteriezelle hergestellt, die zu mehr als 80 Prozent aus recyceltem Material besteht. Forscher und Industriepartner wollen dies nun ändern. Dafür müssen jedoch einige Probleme gelöst werden.
Wie gut sind Batteriezellen aus Recyclingmaterial?
Die Recyclingquoten für Lithium-Ionen-Batterien steigen, doch eine echte Kreislaufwirtschaft ist noch in weiter Ferne. Während wertvolle Rohstoffe wie Kobalt oder Nickel technisch rückgewinnbar sind, klafft eine entscheidende Lücke: Die gewonnenen Materialien landen kaum in neuen, leistungsfähigen Batteriezellen.
In diese Lücke stößt nun das Forschungsprojekt „Kreislauf.IN.NRW“. Der Lehrstuhl „Production Engineering of E-Mobility Components“ (PEM) der RWTH Aachen wird gemeinsam mit Industriepartnern die Produktion und die Funktionsweise von Zellen mit einem Anteil von mehr als 80 Prozent recyceltem Material untersuchen.
Dazu sollen entlang der gesamten Batterie-Wertschöpfungskette Zulieferer und Prozessrouten ausgewählt werden, die die Anforderungen an die jeweiligen Batteriematerialien erfüllen und die CO2-Bilanz verbessern. „Wiederverwertbare Komponenten von Lithium-Ionen-Batteriezellen sind bisher nur einzeln betrachtet und nicht auf ihr tatsächliches Zusammenspiel in neuen Batterien getestet worden“, sagt PEM-Leiter Professor Achim Kampker.
Das Problem mit dem Graphit
Die Wiedereinführung solcher Materialien in die Batterieproduktion sei unabdingbar, um die Vorgaben aus der EU-Batterieverordnung bezüglich der Mindest-Recycling-Quoten beim Kathoden-Aktivmaterial einzuhalten, erklärt Kampker. Gemäß der Verordnung müssen Recyclingverfahren ab dem Jahr 2027 mindestens 50 Prozent des Lithiums, 90 Prozent des Kobalts sowie jeweils 90 Prozent des Nickels und des Kupfers zurückgewinnen.
Bislang scheiterte die Vision einer Batterie aus Recyclingmaterial jedoch an Unsicherheiten. „Die weltweite Batterie-Industrie verwendet teilweise schon recycelte Metallsalze wie Nickel- und Kobaltsulfat oder Lithiumhydroxid, aber das genaue Verhalten der Materialien in der Batteriezelle – zum Beispiel Alterung, Sicherheit und die notwendige Reinheit – sind nicht in vollem Umfang bekannt“, betont PEM-Leitungsmitglied Professor Heiner Heimes.
Insbesondere das Anodenmaterial Graphit aus sekundären Quellen sei bislang unattraktiv. Die Gründe dafür seien eine verschlechterte Morphologie des Materials zum „End-of-Life“-Zeitpunkt der Batterie sowie stärkere Verschmutzungen, etwa durch Bindemittel.
Hinzu kommen ökonomische Hürden. Die aufwendige Reinigung und Aufbereitung des recycelten Graphits gelte als äußerst kostenintensiv im Vergleich mit der Nutzung der Primärressource, sagt Heimes. In der Praxis wird das Material daher oft eher thermisch verwertet als stofflich im Kreislauf geführt.
Weitere Batteriekomponenten wie die Aluminium- und Kupfer-Ableiterfolien, der Separator und der Elektrolyt stellten ebenfalls Herausforderungen beim Recycling und bei der Wiederverwendung dar. Aktuell liege der Fokus meist auf den Aktivmaterialien, da sie 70 Prozent der Batterie ausmachten und die Rohstoffe kostbar seien. Um jedoch einen effektiven Rezyklat-Anteil im Sinne der benötigten Kreislaufwirtschaft zu erreichen, sei auch das Recycling inaktiver Komponenten notwendig.
„Während das Recycling der meisten Batteriekomponenten technisch inzwischen möglich ist, wurde bis dato noch keine Batteriezelle hergestellt, die einen mindestens 80-prozentigen Rezyklat-Anteil aufweist“, sagt Kampker. Im Projekt „Kreislauf.IN.NRW“ soll das gelingen und eine skalierbare Prozessroute herausgearbeitet werden. Aus der Industrie sind die Unternehmen „Neumann & Esser“, „Accurec Recycling“, „Iondrive EU“ und „Constantia Patz“ beteiligt.
