Nachhaltige Batteriefertigung in Sicht: Erfolgreicher Abschluss des BMBF-geförderten Projekts IDcycLIB
Nach rund drei Jahren Laufzeit ist im Dezember 2024 das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit rund 7 Mio. EUR geförderte Batterie-Projekt IDcycLIB erfolgreich abgeschlossen worden. Beim letzten Projektmeeting am Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC in Würzburg wurden die hervorragenden Ergebnisse des Projekts vorgestellt.
Alle Ziele und Meilensteine des von der Firma Carl Padberg Zentrifugenbau koordinierten Projekts mit zehn direkten und zwei assoziierten Partnern wurden erreicht. Das Potenzial für eine kommerzielle Umsetzung der Ergebnisse ist hoch.
Umweltfreundliche Herstellung von Batterien
Ein Highlight des Projekts ist die Umstellung der Kathodenproduktion auf einen wässrigen Prozess, was die Batteriefertigung nachhaltiger macht. Zudem zeigte die wirtschaftliche Bewertung der neuen Recyclingverfahren, dass sie im Pilotmaßstab günstiger sind als die traditionellen pyrometallurgischen und hydrometallurgischen Verfahren.
Wichtige Entwicklungen im Projekt IDcycLIB
Das Verbundforschungsprojekt IDcycLIB hatte sich im Jahr 2021 fünf zentrale Arbeitsziele gesetzt:
- Grünere Lithium-Batterien durch wasserbasierte Prozesse bei der Kathodenherstellung
- Design for Recycling, um das Recycling ausgemusterter Batterien zu erleichtern
- Detektierbarkeit/Batteriepass – eindeutige Identifizierung durch Markerpartikel
- Wasserbasierte Recyclingprozesse – innovative Technologien wie elektrohydraulische Zerkleinerung und Zentrifugentechnologien
- Life Cycle Assessment und Life Cycle Costing – Betrachtung des gesamten Lebenszyklus der Batterie
Projektkoordinator Felix Seiser von der Carl Padberg Zentrifugenbau GmbH betont: »Damit wurde der komplette Wertschöpfungsprozess der Batterie und seine Verbesserungspotenziale adressiert.«
Bedeutung des digitalen Batteriepasses
Die europäische Battery Regulation verlangt eine aussagekräftige Kennzeichnung für Batterien, die wichtige Informationen und den CO₂-Fußabdruck darstellt. Dr. Andreas Flegler, wissenschaftlicher Koordinator des Projekts am Fraunhofer ISC, erläutert: »Im Projekt IDcycLIB haben wir Verfahren und Materialien entwickelt, die eine automatisierte Datenerfassung und Übertragung in ein Datenbanksystem möglich machen.« Die eindeutige Identität wird über eine UUID verknüpft, die robust und fälschungssicher ist.
Dieses Markersystem zu entwickeln, das auch im Inneren der Batteriezelle einzelne Komponenten kennzeichnen kann, ohne dabei die Funktion zu stören oder die Lebensdauer zu verkürzen, war eine besondere Herausforderung für das Projektteam. Die eindeutige Identität über die Partikelmuster wurde mit einem sogenannten »Universally Unique Identifier« (UUID) verknüpft. Diese UUID ist eine weltweit jeweils nur einmal vorkommenden Ziffernfolge, die zur eindeutigen Identifikation von Informationen in Computersystemen verwendet wird. Die UUID verbindet die jeweilige Zelle bzw. Komponente mit dem zugehörigen, in der Produktion erzeugten Datensatz. Damit können verschiedene Ebenen – individuelle Pässe für die einzelnen Komponenten sowie für die Gesamtbatterie – adressiert werden und die relevanten Informationen über Produkteigenschaften, Zusammensetzung, kritische Rohstoffe, Rezyklierbarkeit, CO₂-Fußabdruck und spezifische Messgrößen bereitgestellt werden.
Das direkte Recycling hat hohes ökologisches Potenzial und ist bereits wirtschaftlicher als herkömmliche Verfahren.
Fortschritte in der Elektrodenherstellung
Im Projekt wurde ein umweltfreundlicherer Herstellungsprozess für Kathoden entwickelt, bei dem das toxische Lösemittel NMP durch Wasser ersetzt wurde. Dr. Flegler erklärt: »Wasser ist das Wunsch-Prozessmittel, doch wir mussten die Kathodenmaterialien vor Wasserschäden schützen.« Eine spezielle Beschichtung und ein neues Bindemittel auf Cellulosebasis wurden entwickelt, was auch das Recycling erleichtert.
Um das für die Speicherung der Ladung in der Batterie benötigte Aktivmaterial auf den Kathoden vor Schäden zu schützen, modifizierte das Team des Fraunhofer ISC die Oberfläche mit einer speziellen Beschichtung. Das Kathodenherstellungsverfahren mit den umweltfreundlicheren Materialien wurde auf einen Rolle-zu-Rolle Prozess hochskaliert. Damit wurden Batteriezellen im Prototypenmaßstab für die anschließenden Lebensdauertests und das Recycling produziert.
Wirtschaftliches Direct Recycling
Ein großer Erfolg des Projekts sind die Fortschritte im Direct Recycling. Die Batteriezellen wurden mit elektrohydraulischer Zerkleinerung und Zentrifugentechnologien entlang der Materialgrenzen sauber aufgespalten und getrennt.
Eventuelle Alterung der Materialien kann durch Regenerationsverfahren geheilt werden. Mit neuer Messtechnologie wird dabei auch direkt und schnell (innerhalb weniger Minuten) der Gehalt an Lithium, Fluor und Aluminium im Prozesswasser bestimmt. »Das direkte Recycling hat nicht nur hohes ökologisches Potenzial gegenüber dem Stand der Technik. Es ist auch bereits in unserem kleinen Projekt-Maßstab wirtschaftlicher als die herkömmlichen Prozesse wie Pyrometallurgie und Hydrometallurgie«, schließt Projektkoordinator Seiser stolz. Dieser Vorteil wurde durch die Lebenszyklusanalyse des Projektpartners EurA eindeutig nachgewiesen. Damit ist im Projekt IDcycLIB wirklich ein großer Schritt nach vorne gelungen.
