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Fraunhofer IKTS bündelt grüne Batterieforschung in Freiberg

© IKTS© IKTSFreiberg – Am neuen Institutsstandort im sächsischen Freiberg will das Fraunhofer IKTS Batterien nachhaltig produzieren, alte Batterien recyceln und eine Kreislaufwirtschaft entwickeln. Finanzielle Unterstützung kommt vom Sächsischen Staatsministeriums für Wissenschaft, Kultur und Tourismus.

Für das Gelingen der Energiewende sind leistungsfähige Batteriespeicher ein wesentlicher Baustein. Die Forschungs-Schwerpunkte des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) sind das effektive Recycling von Altbatterien und die ressourcenschonende Batteriezellfertigung.

Effiziente Recyclingprozesse: Ziel ist die Kreislaufführung kritischer Rohstoffe
Mit der zunehmenden Nutzung von Batteriespeichern rückt die Nachfrage nach recycelten Batterierohstoffen immer stärker in den Fokus. Das IKTS will in Freiberg effiziente Recyclingprozesse erforschen, mit denen sich Ausbeute und Reinheit der zurückgewonnenen Batteriematerialien wie Lithium, Nickel oder Cobalt weiter erhöhen lassen.

Der Fokus liegt zum einen auf der hydrometallurgischen und elektrochemischen Aufbereitung der metallischen Batteriematerialien. Zum anderen zielen die Forschenden darauf ab, mit innovativen Trennverfahren auch aus Aufschlussmedien und Prozesswässern des Recyclingprozesses strategische Rohstoffe zurückzugewinnen. Damit einher gehen Untersuchungen, unter welchen Bedingungen diese sogenannten Sekundärrohstoffe für eine Resynthese – sprich die Herstellung neuer Ausgangsmaterialien für die Batteriefertigung – nutzbar sind und welchen Einfluss sie auf die Leistung der Batteriezellen haben.

Neuartige digitaloptimierte Batteriefertigung: vom Rohstoff bis zum Recycling
Für eine ressourcenschonende Batteriezellfertigung müssen Produktionsfehler vermieden, Ausschussraten deutlich reduziert und Recyclingverfahren optimiert werden. Am neuen IKTS-Standort stehen zahlreiche Pilotanlagen zur Verfügung, an denen inlinefähige Prüfverfahren erprobt werden. Hierfür adaptieren die Forschenden zerstörungsfreie Prüfverfahren des Fraunhofer IKTS und integrieren sie in die einzelnen Produktionsschritte.

So lassen sich beispielsweise die Eigenschaften der Rohstoffe bei der Batteriemasseherstellung überprüfen oder die Tiefenentladung der Batterien während des Recyclings überwachen. Für die dabei gewonnenen Datenmengen werden intelligente Datenbanklösungen aufgebaut. Somit ist es möglich, Fehlermuster zuverlässig zu erkennen und Rohstoff- und Produktionsströme zu optimieren.

Batterien der nächsten Generation: Feststoffbatterien ohne kritische Rohstoffe
Herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien haben einen flüssigen Elektrolyten, der mit zahlreichen Nachteilen verbunden ist (u.a. Brennbarkeit). Batterien der nächsten Generation sind Festkörperbatterien auf Polymer- oder Keramikbasis, die eine höhere Energiedichte und höhere Lebensdauer aufweisen, nicht brennbar sind und auf den Ersatz von kritischen Rohstoffen wie Cobalt verzichten können.

Aktuelle Aktivitäten rund um die Batterieforschung in Freiberg
Mit „SaxBatt“ ist Anfang Januar 2021 eines der Initialprojekte des neuen Standorts in Freiberg gestartet worden, das vom Sächsischen Staatsministerium für Wissenschaft, Kultur und Tourismus mit EFRE-Mitteln in Höhe von fünf Millionen Euro für Investitionen und Ausstattung gefördert wird. Darüber hinaus ist es dem Fraunhofer IKTS bereits gelungen, mehr als sieben Millionen Euro Projektmittel im Rahmen der BMBF-geförderten Kompetenzcluster „greenBatt“, „ProZell“, „AQuaA“ und „InZePro“ einzuwerben.

In Freiberg findet das Fraunhofer IKTS neben den Forschungseinrichtungen ein gutes Umfeld für weitere Kooperationen vor. So ist das Fraunhofer IISB Standortpartner im Fraunhofer-Technologiezentrum Hochleistungsmaterialien THM. Darüber hinaus arbeitet das IKTS mit der Ressourcenuniversität TU Bergakademie Freiberg und dem Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie (HIF) im Rahmen des Kompetenzclusters „greenBatt“ zusammen. Das Fraunhofer IKTS sieht sich damit gut aufgestellt, um das Thema der Batterie-Kreislaufwirtschaft anzugehen und auf andere Verwertungsrouten außerhalb der Batteriefertigung zu übertragen.

© IWR, 2021


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09.02.2021

 



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