Nachhaltige Forschung zu Materialien für Batterien am HIF

Vorrangig durch die Elektromobilität steigt die Nachfrage nach und der Abfall durch Batterien. Daher ist die Entwicklung effizienter Recyclingtechnologien und die Integration von zurückgewonnenen Materialien in die Batteriezellenproduktion erforderlich. Ziel ist es, Materialkreisläufe zu schließen.

Lithium ist eines dieser Materialien, dessen Nachfrage rapide ansteigt, aber die Ressourcen in Europa sind begrenzt. Daher sind neue Denk- und Handlungsweisen erforderlich, die auf einer europäischen Kreislaufwirtschaft und globalen Netzwerken beruhen. Um künftigen Engpässen vorzubeugen, initiierte die EIT Raw Materials Plattform zusammen mit führenden europäischen Forschungseinrichtungen das Europäische Lithium-Institut eLi. Das virtuelle Institut wird relevante Stakeholder entlang der gesamten Wertschöpfungskette von Lithiumbatterien zusammenbringen, um eine fokussierte internationale Zusammenarbeit zu generieren. Gründungsmitglieder für die Anfangsphase sind das Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie am HZDR, das koordinierende Fraunhofer ISC, CEA (French Alternative Energies and Atomic Energy Commission), BRGM (French Geological Survey), Université de Bordeaux, Université de Lorraine und KU Leuven. Durch die Bündelung des Fachwissens in den Bereichen Exploration, Bergbau, Verarbeitung, Herstellung und Recycling sowie Vorhersagemodellierung will das Institut eine gezielte internationale Zusammenarbeit fördern und umfassende Hinweise für einen nachhaltigen, verantwortungsvollen und wirtschaftlich sinnvollen Einsatz von Lithium geben.

Ein weiteres relevantes und seltenes Material für Batterien ist Graphit. Es gibt eine boomende Nachfrage aufgrund von Elektrofahrzeugen und Graphit wird das Hauptmaterial für Batterien für die nächsten Jahrzehnte bleiben. Natürliche Graphitvorkommen sind jedoch in vielen Ländern Europas, den USA oder Australien selten. Außerdem können Recyclingunternehmen derzeit keinen Graphit zurückgewinnen. Daher wird es während des Recyclingprozesses zu Abfall oder Reduktionsmittel. Anna Vanderbruggen, Doktorandin am HIF, hat sich dieser Herausforderung des Graphitrecyclings gestellt und kürzlich ihre Ergebnisse auf dem Internationalen Kongress für Batterierecycling (ICBR) vorgestellt. ICBR ist die internationale Plattform, bei der sich zu den Herausforderungen der Batterierecyclingindustrie ausgetauscht wird und zum anderen die europäische Batterierichtlinie der Europäischen Kommission diskutiert wird. Anna hielt einen Vortrag über die „Rückgewinnung von Graphit aus verbrauchten Lithiumionenbatterien“ und erklärte, wie Graphit durch Schaumflotation recycelt werden kann. Die Schaumflotation ist ein etablierter und effizienter Prozess für die Trennung wertvoller Mineralien von taubem Gestein für Partikelgrößen von etwa 10 bis 200 µm. Der Prozess basiert auf der selektiven Hydrophobierung von Mineralen und der Anhaftung dieser Partikel an Gasblasen, welche anschließend über einen Schaum ausgetragen werden. Daher sind Oberflächeneigenschaften, aber auch andere Partikeleigenschaften wie Größe und Morphologie, die wesentlichen Trennmerkmale für die Schaumflotation. Das Hinzufügen einer Schaumflotationsstufe ermöglicht die gemeinsame Rückgewinnung der Metalle und des Graphits.