S2taR – Entwicklung von Recyclingprozessen für Feststoffbatterien

Das Recycling von Batteriesystemen stellt einen wesentlichen Aspekt zur Schließung des gesamten Wertschöpfungskreislaufs von Batterien dar. Im Bereich der konventionellen Batteriesysteme, d.h. auf Lithium-Ionen-Batterien (LIB) mit Flüssigelektrolyt basierenden Systeme, gibt es verschiedene Ansätze im Bereich der mechanischen, thermischen und chemischen Aufbereitung sowie der metallurgischen Prozesse. Ziel dieser Prozesse ist die Rohstoffrückgewinnung und diese Sekundärrohrstoffe über Resyntheseprozesse sowie Nachnutzungskonzepte in den Materialkreislauf der Batterien zurückzuführen. Neben den konventionellen, auf Flüssigelektrolyt basierenden Lithium-Ionen-Batterien werden sehr wahrscheinlich im laufenden Jahrzehnt Lithium-Batterien auf Basis von Festkörperelektrolyten und lithiumbasierten oder auch lithiumfreien Anoden auf den Markt kommen, im Folgenden allgemein als Lithium-Festkörperbatterien (engl. all-solid-state batteries, ASSB) bezeichnet. Heute ist dabei unklar, insbesondere auch im Hinblick auf den eingesetzten Festelektrolyten (Polymere, Sulfide, Oxide) und die Wahl der Anode, wie gut diese ASSB zu recyceln sind, und auf welche Teilschritte in bestehenden Recyclingverfahren von LIB zurückgegriffen werden kann. Darüber hinaus sind die Möglichkeiten einer Resynthese von rückgewonnenen Materialien in neue Lithium-Festkörperbatterien zu untersuchen und zu bewerten.

Das übergeordnete Ziel des Projekts S²taR ist daher die Untersuchung und Bewertung der Recyclingfähigkeit heute schon vielversprechender ASSB. Hierbei sollen insbesondere die Nutzung von Recyclingtechnologien, die innerhalb des Clusters für konventionelle LIB entwickelt werden, evaluiert und im Sinne einer Kreislaufwirtschaft das Potential des erneuten Einsatzes der zurückgewonnenen Materialien in ASSB in Form von Handlungsempfehlungen abgeleitet werden. Die Ergebnisse werden intensiv dazu beitragen, schon bei der weiteren Entwicklung und Kommerzialisierung der ASSB eine möglichst umfassende Recyclingfähigkeit mitzudenken und darüber hinaus auch das Zelldesign der ASSB (Auswahl und Gestaltung von Materialien, Komponenten und deren Kombination) signifikant zu beeinflussen. Die Nachhaltigkeit der unterschiedlichen Zelldesigns, insbesondere bezogen auf eine Kreislaufwirtschaft, wird in S²taR intensiv betrachtet und bewertet.

Durch die interdisziplinäre Verbindung und Zusammenarbeit von Partnern mit Kompetenzen in den Bereichen Materialentwicklung, Elektroden- und Zellfertigung, Recycling und Life-Cycle-Assessment (LCA) können wichtige Fragen zu den Themen Recyclingfähigkeit und Nachhaltigkeit innovativer ASSB frühzeitig beantwortet und damit vor dem Markthochlauf die Weichen für eine hohe Recyclingfähigkeit und Nachhaltigkeit dieser zukunftsweisenden Batterietechnologie gestellt werden.

Durch die Arbeiten im Projekt S²taR werden die beteiligten Forschungsfelder innerhalb des Kompetenzclusters mit bisher nicht verfügbarem Wissen über das Recycling zukünftiger Batterietechnologien unterstützt. Die Berücksichtigung von Anforderungen an zukünftige Recyclingrouten kann dabei einen Mehrwert für die aktuelle Entwicklung von industriellen Recyclingprozessen für konventionelle LIB liefern, indem diese frühzeitig auf eine mögliche Verwertung von zukünftigen Energiespeichern ausgelegt werden.

S²taR – Entwicklung von Recyclingprozessen für Festkörperbatterien
© Fraunhofer IST, Illustration: Marén Gröschel

Kontakt

Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST

Sabrina Zellmer

Bienroder Weg 54 e, 38108 Braunschweig

ist.fraunhofer.de

Projektlaufzeit

01.01.2021 – 31.12.2023

Beteiligte Partner

Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik (IST)