S²taR - Development of All-Solid-State Battery Recycling Processes

Projektbeschreibung:

Mit der fortschreitenden Verbreitung von Lithium-Ionen-Batterien wird die Bedeutung effizienter und nachhaltiger Recyclingprozesse für die Schließung der Stoffkreisläufe immer deutlicher. Für konventionelle Lithium-Ionen-Batterien mit Flüssigelektrolyt existieren bereits verschiedene Recyclingansätze zur mechanischen, thermischen und chemischen Aufbereitung.

Neben der Optimierung konventioneller Batteriesysteme arbeiten Forscher intensiv an der Entwicklung neuer innovativer Batteriegenerationen mit Festkörperelektrolyt. Festkörperbatterien bieten eine Vielzahl an Vorteilen gegenüber konventionellen Batteriesystemen, sodass derzeit vor allem die Herstellung geeigneter Festelektrolytsysteme und ihre Verarbeitung zu Batteriezellen im Fokus von Forschung und Entwicklung stehen. Die Nutzung und der wirtschaftliche Erfolg dieser Technologie wird aber nicht nur durch die Materialbereitstellung und die Fertigung, sondern insbesondere auch durch die Recyclingfähigkeit und die Rückführung der Materialien in den Stoffkreislauf bestimmt.

Hier greifen die Forscher des Projekts S2taR an. Ziel ist die ganzheitliche Untersuchung der Recyclingfähigkeit heute schon vielversprechender Festkörperbatterien. So liefert das Projekt schon frühzeitig Handlungsempfehlungen für die deutsche Industrie zum Zelldesign und zur großtechnischen Produktion von Festkörperbatterien unter Berücksichtigung der Wiederverwertung der eingesetzten Materialien und der hierfür erforderlichen Prozesstechniken. Zusätzlich wird gewährleistet, dass Recyclingprozesse rechtzeitig auf die neuen Batteriesysteme ausgelegt werden.

Das partnerspezifische Ziel des Instituts für Aufbereitung, Deponietechnik und Geomechanik (IFAD) ist die experimentelle Demonstration eines robusten und gleichzeitig flexiblen metallurgischen Recyclingkonzepts für Oxid- und Polymer-basierte Festkörperbatterien im Labormaßstab. Alternativ zu bereits bestehenden Recyclingansätzen für konventionelle Lithium-Ionen-Batterien mit Flüssigelektrolyt besteht die Möglichkeit, die Materialien selektiv zu lösen und zu trennen, um so eine direkte Regeneration oder Resynthese einzelner Materialien zu ermöglichen. Prozessbegleitend führt das IFAD die chemische Analyse und Charakterisierung der entstehenden Materialfraktionen durch.

Das Forschungsprojekt S²taR wird im Rahmen des Batterie-Kompetenzclusters „Recycling / Grüne Batterie“ (greenBatt) mit einer Gesamtsumme von 2,4 Mio. € vom Bundesforschungsministerium gefördert.

Verbundpartner:

• Forschungszentrum Jülich: Institut für Energie- und Klimaforschung: Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren (IEK-1)
• Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST (Koordination)
• RWTH Aachen University: Institut für Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling (IME)
• TU Braunschweig: Institut für Partikeltechnik (iPAT)
• TU Braunschweig: Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF)