Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFBInterdisziplinäres Verbundprojekt startet
Recycling und Synthese von Phosphat für Lithium-Ionen-Batterien
Phosphat aus Quellen wie Abwasser oder landwirtschaftlichen Reststoffen zurückzugewinnen und in Lithium-Ionen-Batterien wiederzuverwenden, ist Ziel des neuen Projekts »SuSyPhos« am MEET Batterieforschungszentrum der Universität Münster. Die Abkürzung SuSyPhos steht für »Sustainable Synthesis and Recycling of Phosphorus-containing Materials in Lithium-Ion Batteries«. Gemeinsam mit der FH Münster, der Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB, dem Institut für betriebswirtschaftliches Management der Universität Münster und der BeTeBe GmbH für Landwirtschaftsbedarf wird in den kommenden drei Jahren der gesamter Wertschöpfungskreislauf des Rohstoffs untersucht. Das Projekt umfasst das Recycling des Phosphats und dessen Aufbereitung bis hin zum Einsatz in Batterien. Es erhält eine Förderung von rund 2,5 Millionen Euro durch den Innovationswettbewerb „GreenEconomy.IN.NRW“. Dabei tragen das Ministerium für Umwelt, Naturschutz und Verkehr des Landes Nordrhein-Westfalen sowie der Europäische Fonds für regionale Entwicklung die Fördermittel zu gleichen Teilen.
Phosphat ist begehrt und gilt mittlerweile als kritischer Rohstoff, da die Europäische Union keine eigenen Ressourcen für Phosphat hat. In der Batterieforschung wird es in Form von Lithium-Eisenphosphat als Kathodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt. Der Vorteil dieser Batterien: Sie sind langlebig und lassen sich schnell laden. Die Batterien kommen deshalb sowohl in Elektroautos als auch in stationären Speichern zum Einsatz. Aufgrund der kontinuierlich steigenden Nachfrage nach Speichermöglichkeiten steigt der Bedarf an Phosphat. »Mit der Rückgewinnung des Phosphats aus Abwässern und landwirtschaftlichen Reststoffen wollen wir die Versorgung für die Batterieforschung und -produktion sicherstellen und gleichzeitig die Abhängigkeit von Importen verringern«, sagt Dr. Simon Wiemers-Meyer, stellvertretender Bereichsleiter des Forschungsbereichs »Analytik und Umwelt« am MEET Batterieforschungszentrum. »Gleichzeitig können wir hierdurch den aktuell zu hohen Phosphateintrag in die Umwelt reduzieren.« Durch die nachhaltige Nutzung des Phosphats in Lithium-Ionen-Batterien und den verringerten Eintrag in die Umwelt könne das Projekt also in doppelter Hinsicht zum Umweltschutz beitragen.
Den gesamten Wertschöpfungskreislauf im Fokus
Um das Phosphat zurückzugewinnen und für einen Einsatz in Lithium-Ionen-Batterien zu verarbeiten, wählen die BeTeBe GmbH und die FH Münster zunächst die Ausgangsmaterialien aus und trennen das Phosphat ab. Im Anschluss bereitet das MEET Batterieforschungszentrum das Material auf und synthetisiert daraus Aktivmaterial für Lithium-Ionen-Batterien. Die Partikel werden dafür mit Kohlenstoff beschichtet, um die elektronische Leitfähigkeit zu erhöhen. Die einzelnen Schritte der Materialsynthese werden durch eine umfangreiche Analytik begleitet. Mittels verschiedener Methoden charakterisiert das MEET Team gemeinsam mit der FH Münster das Material und untersucht seine Zusammensetzung, Reinheit, Partikelgröße, Kristallstruktur und die Beschaffenheit der Kohlenstoffbeschichtung.
Um die elektrochemischen Eigenschaften des erhaltenen Lithium-Eisenphosphats zu bewerten, setzt das Forschungsteam den Rohstoff als Elektrodenmaterial ein, untersucht die entsprechenden Batteriezellen und modifiziert sie bei Bedarf. Vervollständigt wird das Projekt durch eine Ökobilanzierung und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der Fraunhofer FFB und des Instituts für betriebswirtschaftliches Management der Universität Münster.
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