LIBREC Lithium-Ion Battery Recycling

In diesem Projekt wird ein bestehendes Recyclingverfahren von verbrauchten Lithium-Ionen-Batterien (LithoRec II) weiterentwickelt und optimiert, um stoffliche Rückgewinnungsraten von über 90 Prozent zu erreichen.

Steckbrief

  • Lead-Departement Technik und Informatik
  • Institut Intelligente industrielle Systeme (I3S)
  • Forschungseinheit I3S / Prozessoptimierung in der Fertigung
  • Förderorganisation Innosuisse
  • Laufzeit (geplant) 01.11.2021 - 01.11.2023
  • Projektverantwortung Prof. Dr. Axel Fuerst
  • Projektleitung Prof. Dr. Axel Fuerst
  • Partner EMPA Eidg. Materialprüfungs- und Forschungsanstalt
    Association
    LIBREC AG
  • Schlüsselwörter Lithium-Ionen-Batterien; Recycling; Kreislaufwirtschaft; e-Mobilität; Elektrofahrzeuge

Ausgangslage

Die e-Mobilität boomt und das Recycling der Antriebsbatterien ist in Europa technisch und wirtschaftlich noch nicht gelöst. Bis 2030 werden jährlich mehr als 60’000 Tonnen Batterien in die Schweiz importiert. Die wissenschaftlich-technischen Herausforderungen liegen darin, den Stand der Technik zu verbessern, so dass die nötige Effizienz und geforderte 90 Prozent stoffliche Rückgewinnungsrate erreicht werden.

Vorgehen

Das Innosuisse-Projekt LIBREC startete am 2. November 2021 und hat eine Laufzeit von 24 Monaten. Neben der Berner Fachhochschule beteiligen sich der Switzerland Innovation Park Biel/Bienne (SIPBB) sowie die Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) an dem Projekt. Der Umsetzungspartner ist die neu gegründete Librec AG, die in naher Zukunft das Recyclingwerk eröffnen und betreiben wird. Die BFH ist verantwortlich für die Entwicklung der Verfahren für die Elektrolyt- und Graphitrückgewinnung. Dazu werden Anlagen im Labormassstab an der BFH sowie am Standort eines Drittdienstleisters aufgebaut und Versuche experimentell durchgeführt. Zudem erstellt die BFH die Simulation und optimiert so die Abläufe des zukünftigen Recyclingwerkes. Mithilfe der Daten von der Simulation führt die Empa die LCA aus. Der SIPBB ist zuständig für die Entwicklung der Verfahren für die Charakterisierung, Entladung und Demontage der Batterien.

Ergebnisse

Das Ziel des LIBREC-Projekts ist, die Verwertungsprozesse für Lithium-Ionen-Batterien wesentlich weiterzuentwickeln. Folgende Prozessschritte sollen (weiter)entwickelt werden: • Charakterisierung, Entladung und Demontage der Batterien mit neusten Algorithmen, Teilautomation und Lean-Prinzipien. So soll der arbeitsintensivste Schritt signifikant günstiger werden, was einen wirtschaftlichen Betrieb des Recyclingwerks ermöglichen wird. • Der flüssige Elektrolyt stellt eine grosse Herausforderung für das Recycling dar. Er erschwert die Separation der einzelnen Bestandteile und besteht aus brennbaren und gesundheitsschädlichen Stoffen, weshalb er vollständig entfernt werden muss. Die im Elektrolyten enthaltenden Lösemittel sollen sicher verdampft, kondensiert und in ihre Bestandteile aufgeteilt werden. • Graphit, welcher bei konventionellen Lithium-Ionen-Batterien das Aktivmaterial der Anode darstellt, wird in heutigen Recyclingverfahren verbrannt oder als Reduktionsmittel in der Metallurgie verwendet. Durch eine Entfernung des Binders soll der Graphit von den Aktivmaterialien der Kathode getrennt und als stoffliche Fraktion rückgewonnen werden. Neben den Verbesserungen der Verwertungsprozesse strebt das Projekt eine Simulation des Recyclingwerkes mit nachfolgender Lebenszyklusanalyse (LCA) an. Die Simulation soll die Betriebskosten des Werkes berechnen und die Abläufe optimieren. Die LCA soll die Umweltauswirkungen des recycelten Materials mit Primärmaterial vergleichen.

Dieses Projekt leistet einen Beitrag zu den folgenden SDGs

  • 12: Verantwortungsvoller Konsum und Produktion
  • 13: Massnahmen zum Klimaschutz