Voraussetzung für effizientes Batterie Recycling
Forschungsprojekt zum Charakterisieren von Schwarzmassen
Die Zusammensetzung von Schwarzmasse variiert stark über verschiedene Batterien hinweg. Das Forschungsprojekt Sherlock sucht nach einer Möglichkeit, die Zusammensetzung des Materials zu charakterisieren, um Effizienzverlusten oder Qualitätseinbußen bei Rezyklaten vorzubeugen.
Der Name Sherlock steht übrigens für „Systematische und hochpräzise Evaluierung von Schwarzmassen aus dem Recycling von Lithium-Ionen-Batterien sowie Aufbereitung für eine optimierte und clevere Kreislaufführung“.
K. Selsam, Fraunhofer ISC
Am Projekt beteiligt sind die Universität Münster (MEET Batterieforschungszentrum), die Physikalisch-Technische Bundesanstalt, die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung, das Öko-Institut e.V. sowie die Industriepartner Pure Devices und phase VISION. Unterstützt wird das Konsortium durch assoziierte Partner aus der Recyclingbranche, die das Projekt mit Schwarzmassen aus deren Recyclingprozessen versorgen und das Projekt thematisch beratend unterstützen.
Im Projekt sollen neue Analyse- und Charakterisierungsmethoden entwickelt werden, die eine präzise und reproduzierbare Bewertung von Schwarzmassen ermöglichen. Ziel ist es, standardisierte Güteklassen zu definieren und konkrete Empfehlungen für nachgelagerte Recyclingprozesse abzuleiten. Grundlage der Arbeiten sind sowohl reale industrielle Schwarzmassen als auch gezielt hergestellte Modellmaterialien mit definierten Eigenschaften. Sie ermöglichen es, die Auswirkungen spezifischer Verunreinigungen systematisch zu untersuchen und analytische Verfahren gezielt zu validieren.
Ein besonderer Fokus liegt darauf, zu untersuchen, wie Störstoffe direkte und hydrometallurgische Recyclingverfahren beeinflussen. Daraus entsteht ein umfassender Kriterienkatalog, um Schwarzmassen zu bewerten, der künftig eine prozessoptimierte Auswahl von Recyclingpfaden erlaubt. Parallel will das Projektkonsortium neue Verfahren entwickeln, um gezielt Verunreinigungen zu entfernen und die Qualität der zurückgewonnenen Rohstoffe signifikant zu steigern.
Welche Methoden werden genutzt?
Neben etablierten Verfahren wie Synchrotron-Röntgenfluoreszenzanalyse (SR-XRF), Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyse (TXRF) und Optischer Emissionsspektrometrie beziehungsweise Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES/MS) werden im Projekt unter anderem zeitbereichsbasierte Kernspinresonanz (TD-NMR), Magnetpartikelspektroskopie (MPS/COMPASS) sowie die laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIBS) eingesetzt.
Diese Methoden ermöglichen eine detaillierte Charakterisierung struktureller, magnetischer und chemischer Eigenschaften von Schwarzmassen und liefern Informationen zur Zusammensetzung, Reinheit, Heterogenität und zum Gefährdungspotenzial des Stoffgemischs. Dadurch können Materialströme gezielter klassifiziert, sicherheitstechnisch bewertet und einer hochwertigen Weiterverarbeitung zugeführt werden.
Was ist das Ziel von Sherlock?
Als wesentliches Projektergebnis plant das Konsortium, eine technische Spezifikation zu erarbeiten, die standardisierte Richtlinien für Probenvorbereitung, Kalibrierungsstrategien und Messbedingungen definiert. Damit schafft Sherlock die Grundlage für eine übertragbare und industriell skalierbare Analytik, die sowohl in Forschungslaboren als auch in der Praxis zuverlässig eingesetzt werden kann. Diese Spezifikation soll auch in DIN- und ISO-Normungsausschüsse eingebracht werden.
Darüber hinaus bewertet das Projekt das Potenzial hybrider Recyclingprozessketten, die direkte und hydrometallurgische Ansätze gezielt kombinieren. Ziel ist es, Synergien zu nutzen und die Effizienz der Materialrückgewinnung weiter zu steigern.
