Technologie

Batterien in Schaum verwandeln

11.11.2021 - Schaumflotation hilft bei Recycling von Graphit aus verbrauchten Lithium-Ionen-Batterien.

Batterien effizient zu recyceln und die zurückgewonnenen Materialien wieder in die Produktion zu integrieren, stellt die Industrie immer noch vor ein scheinbar unlösbares Problem. Weltweit suchen Forscher deswegen nach neuartigen Methoden. Eine von ihnen ist Anna Vanderbruggen. Die Doktorandin am Helmholtz-Institut für Ressourcen­technologie Freiberg (HIF) – einer Einrichtung des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) – konnte ein Konzept entwickeln, um Graphit aus verbrauchten Lithium-Ionen-Batterien zu recyceln. Am 7. November präsentierte sie ihren Ansatz im Finale des Zukunfts­wettbewerbs Falling Walls in Berlin.

 

Die Elektromobilität steigert die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien – und führt weltweit zu einem enormen Bedarf an kritischen Materialien, wie Nickel, Kobalt, Lithium und Graphit, die zum einen nicht unendlich auf unserer Erde vorkommen, und zum anderen häufig unter schlechten Bedingungen abgebaut werden. Daher ist die Entwicklung effizienter Recycling­technologien und die Integration der zurück­gewonnenen Materialien in die Batterie­zellen­produktion zwingend erforderlich. Ziel ist es, mit effizienten Ansätzen Material­kreisläufe zu schließen.

Ein für Lithium-Ionen-Batterien sehr relevantes, aber auch äußerst kritisches Material ist Graphit. Durch die Energiewende im Mobilitäts­bereich wird Graphit eines der bestimmenden Materialien bei der Batterie­produktion in den nächsten Jahrzehnten bleiben. Natürliche Lagerstätten von Graphit, welche wirtschaftlich abgebaut werden können, sind jedoch selten. Darüber hinaus können Recycling­unternehmen derzeit Graphit nicht zurückgewinnen. Daher endet es während des Recycling­prozesses als Abfall oder wird als Reduktionsmittel verwendet. Anna Vanderbruggen hat sich dieser Herausforderung des Graphitrecyclings gestellt und ein Konzept zur „Rück­gewinnung von Graphit aus verbrauchten Lithium-Ionen-Batterien“ entwickelt, das auch Thema ihrer Doktorarbeit ist.

„Mein Ansatz nutzt die in der Rohstoffindustrie bewährte Methode der Schaumflotation, um Graphit zu recyceln. Die Schaum­flotation ist ein etablierter und effizienter Prozess für die Trennung wertvoller Mineralien von taubem Gestein für Partikel­größen von etwa 10 bis 200 Mikrometer. Der Prozess basiert auf der selektiven Hydrophobierung, also wasserabweisenden Eigenschaft, von Mineralen und der Anhaftung dieser Partikel an Gasblasen, welche anschließend über einen Schaum ausgetragen werden. Daher sind Oberflächen-, aber auch andere Partikel­eigenschaften wie Größe und Morphologie die wesentlichen Trennmerkmale für die Schaumflotation. Das Hinzufügen einer Schaum­flotationsstufe ermöglicht die gemeinsame Rückgewinnung der Metalle und des Graphits“, erklärt Anna Vanderbruggen ihren Ansatz.

Genau solche zukunftsweisenden Ideen sind es, die bei dem jährlich stattfindenden Wettbewerb „Falling Walls“ gesucht werden. Der Wettbewerb, der sich an junge Erfinder, Forscher, Start-up-Unternehmer und Studierende richtet, ist der Falling Walls Conference in Berlin angegliedert. Diese fand erstmalig 2009 zum Jahrestag des Mauerfalls statt und hat das Motto „Mauern einreißen und Grenzen überwinden: In den Köpfen, im Denken und im Handeln“. Anna Vanderbruggen setzte sich zunächst in der nationalen Ausscheidung des Falling Walls Labs durch und sicherte sich damit die Teilnahme am Finale in Berlin am 7. November, wo sie „Breakthrough Winner of the Year in the Emerging Talents category“ wurde.

HZDR / DE

 

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