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19.08.2022

28.03.2022

Methodischer Baukasten für die Analyse von End-of-Life-Batterien

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Im Vergleich zu Laborzellen oder gealterten, aber noch intakten kommerziellen Zellen, stellen geschredderte Batteriematerialien eine noch komplexere Probe dar. Denn bei dieser können Aktivmaterialien beider Elektroden, Inaktivmaterialien und Elektrolytrückstände nicht ohne weiteres einzeln analysiert werden.

Um detailliert zu verstehen, welche Materialien in diesen Proben ursprünglich eingesetzt wurden und wie die Zellen gealtert sind, haben Wissenschaftler des MEET Batterieforschungszentrums der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster und des Instituts für Mechanische Verfahrenstechnik und Aufbereitungstechnik der Technischen Universität (TU) Bergakademie Freiberg ein breites Methodenspektrum für die Analyse geschredderter Materialien von Lithium-Ionen-Batterien identifiziert.

Zirkuläre Wirtschaft von Batterien

"Durch die rasant wachsende Batteriezellproduktion werden auch die Rückläuferströme in naher Zukunft stark ansteigen. Um den zirkulären Wertschöpfungskreislauf von Batterien zu schließen, ist es umso wichtiger, die unterschiedlichen Bereiche des Recyclings umfassend zu erforschen", erklärt MEET Wissenschaftler Christoph Peschel.

"Dabei ist zu beachten, dass aktuelle Recyclingmaterialien nicht immer dieselbe Batteriechemie beinhalten. Vielmehr können ganz unterschiedliche Materialien verbaut sein, die innerhalb der letzten Dekaden zum Einsatz kamen." Mit dem vorgestellten methodischen Baukasten für End-of-Life-Batterien können die verschiedenen Proben nun umfassend charakterisiert und so Rückschlüsse auf die Anteile wertvoller Materialien, des eingesetzten Elektrolyten und der Inaktivmaterialien gewonnen werden.

Das Forschungsteam identifizierte und quantifizierte nicht nur die Aktivmaterialzusammensetzung und Stromsammler, sondern auch organische Rückstände wie Binder, Elektrolyt und Additive. Mithilfe dieses Verständnisses können die Wissenschaftler nun beispielsweise das Gefahrenpotenzial des Recyclingmaterials beurteilen, das Material maßgeschneidert aufbereiten und den anschließenden Recyclingprozess gezielt steuern.

Dr. Sascha Nowak, Leiter des Forschungsbereichs Analytik und Umwelt am MEET Batterieforschungszentrum, sagt: "Mit unseren Ergebnissen fördern wir die Prozessanalytik und Qualitätskontrollen für das industrielle Batterierecycling gezielt weiterzuentwickeln." Dies sei auch mit Blick auf die Verfügbarkeiten von Batterierohstoffen ein wichtiger Schritt.

Studie eingebettet in das Kompetenzcluster zur Batteriezellproduktion

Die detaillierten Ergebnisse ihrer Studie haben die Forschenden Christoph Peschel, Stefan van Wickeren, Yves Preibisch, Verena Naber, Lars Frankenstein, Dr. Fabian Horsthemke und Dr. Sascha Nowak, MEET Batterieforschungszentrum, Prof. Dr. Martin Winter, MEET Batterieforschungszentrum und Helmholtz-Institut Münster, sowie Prof.Dr. Urs Peuker und Denis Werner, Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Aufbereitungstechnik der Technischen Universität Bergakademie Freiberg, in dem Fachmagazin "Chemistry - A European Journal" veröffentlicht. Eingebettet ist die Forschung in das Projekt "Innovative Recyclingprozesse für neue Lithium-Zellgenerationen (InnoRec)" des Kompetenzclusters zur Batteriezellproduktion (ProZell).

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Quelle: Universität Münster