Die RWTH Aachen will mit dem Forschungsprojekt „Kreislauf.IN.NRW“ neue Maßstäbe im Batterierecycling setzen. Der Lehrstuhl „Production Engineering of E-Mobility Components“ (PEM) untersucht gemeinsam mit Industriepartnern, wie Lithium-Ionen-Batteriezellen künftig zu einem Großteil aus recycelten Materialien bestehen können. Gefördert wird das Projekt vom nordrhein-westfälischen Umweltministerium, das damit die Entwicklung einer funktionierenden Kreislaufwirtschaft für Batterien vorantreiben möchte. Ziel ist es, Zellen zu produzieren und zu analysieren, deren Materialanteil zu über 80 Prozent aus wiederverwerteten Stoffen besteht – ein Wert, der bisher noch nicht erreicht wurde.
Um das zu ermöglichen, sollen entlang der gesamten Wertschöpfungskette Zulieferer und Prozesse ausgewählt werden, die sowohl die technischen Anforderungen der Batteriematerialien erfüllen als auch die CO₂-Bilanz verbessern. Professor Achim Kampker, Leiter des PEM, erklärt: „Wiederverwertbare Komponenten von Lithium-Ionen-Batteriezellen sind bisher nur einzeln betrachtet und nicht auf ihr tatsächliches Zusammenspiel in neuen Batterien getestet worden.“ Das Projekt soll genau diese Lücke schließen. Der Hintergrund ist klar: Die EU-Batterieverordnung schreibt für künftige Batterien Mindestquoten an recycelten Materialien vor. Ohne die Rückführung dieser Stoffe in den Produktionskreislauf seien die europäischen Ziele kaum erreichbar, betont Kampker.
Trotz vorhandener Fortschritte steht die Branche vor erheblichen Herausforderungen. Zwar nutzt die weltweite Batterie-Industrie bereits teilweise recycelte Metallsalze wie Nickel- und Kobaltsulfat oder Lithiumhydroxid, doch das Verhalten dieser Materialien in neuen Zellen ist bislang nicht vollständig verstanden. Professor Heiner Heimes aus der PEM-Leitung verweist darauf, dass Faktoren wie Alterung, Sicherheit und chemische Reinheit bislang nur unzureichend erforscht seien. Diese Unsicherheiten erschweren die Entwicklung stabiler und leistungsfähiger Batterien aus Sekundärrohstoffen.
Recycelte Anondenmaterialien stellen Batteriebranche vor Herausforderungen
Ein besonders schwieriger Bereich betrifft das Anodenmaterial Graphit. Recyceltes Graphit gilt als technisch anspruchsvoll und wirtschaftlich wenig attraktiv. Ursache sind strukturelle Veränderungen des Aktivmaterials am Ende seiner Lebensdauer sowie Verunreinigungen durch Binderreste. „Die Aufbereitung recycelbaren Graphits ist derzeit deutlich teurer als die Nutzung von Primärressourcen“, erklärt Heimes. Damit bleibt Graphit ein Schwachpunkt in der Recyclingkette – ein Knackpunkt, da es in jeder Lithium-Ionen-Batterie eine zentrale Rolle spielt.
Doch nicht nur aktive Materialien wie Kathoden und Anoden sind entscheidend. Auch sogenannte inaktive Komponenten – darunter Aluminium- und Kupferfolien, Separatoren und Elektrolyte – beeinflussen den Erfolg des Recyclings maßgeblich. Diese Bestandteile werden bislang häufig vernachlässigt, obwohl sie für einen geschlossenen Materialkreislauf wichtig sind. Kampker verweist darauf, dass ein nachhaltiger Rezyklatanteil nur dann erreichbar ist, wenn sämtliche Batteriebestandteile berücksichtigt werden. Derzeit konzentriert sich die Forschung meist auf die wertvollen Metalle, die rund 70 Prozent einer Batterie ausmachen.
Im Rahmen von „Kreislauf.IN.NRW“ soll nun eine skalierbare Prozessroute entwickelt werden, die alle relevanten Materialien einbezieht. Damit wollen die Beteiligten zeigen, dass Batteriezellen mit einem hohen Rezyklatanteil nicht nur theoretisch möglich, sondern auch industriell umsetzbar sind. Das Projektteam untersucht, wie sich die Qualität der recycelten Materialien auf Leistung, Lebensdauer und Sicherheit neuer Batterien auswirkt. Dabei sollen auch Fragen der Wirtschaftlichkeit und Skalierbarkeit beantwortet werden. Die Erkenntnisse sollen langfristig dazu beitragen, eine effiziente Kreislaufwirtschaft für Batterien in Deutschland und Europa zu etablieren.
Quelle: RWTH Aachen – „Kreislauf.IN.NRW“: PEM erforscht Batteriezellen mit hohem Rezyklat-Anteil / RWTH Aachen – PEM erforscht Funktion von Batteriezellen mit hohem Rezyklat-Anteil
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