Farasis Energy

Nachhaltiges Direkt-Recycling-Verfahren für Lithium-Ionen-Akkus

28. April 2022, 14:34 Uhr | Irina Hübner
Batterieproduktion bei Farasis.
Batterieproduktion bei Farasis.
© Farasis Energy / Arne Hartenburg

Das Direkt-Recycling-Verfahren für gebrauchte Lithium-Ionen-Batterien von Farasis ermöglicht die direkte Rückgewinnung und Wiederverwendung von Materialien aus den Akkus sowie aus dem Ausschuss der Zellherstellung. Hierbei geht es vor allem um das Kathodenmaterial.

Durch die direkte Rückgewinnung des aktiven Kathodenmaterials bleibt insbesondere der hohe Wert des ursprünglich gefertigten Kathodenmaterials – eine der teuersten Komponenten in der Zellproduktion – erhalten, ohne dass eine erneute Herstellung erforderlich ist. Dies führt sowohl zu Kosten- als auch zu Energieeinsparungen und kann bei der Anwendung auf Zellproduktions-Ausschuss die Effizienz der Kathodenverwertung auf über 99 Prozent steigern. Die Anwendung des Direkt-Recycling-Verfahrens von Farasis soll die Produktion von Lithium-Ionen-Zellen erheblich umweltfreundlicher und nachhaltiger machen.

Einzigartiges Recyclingverfahren

Das direkte Recycling von Lithium-Ionen-Batterien ist ein einzigartiges Recyclingverfahren, bei dem die Kristallstruktur des Kathodenmaterials erhalten bleibt, was eine kosten- und energiesparende Wiederverwendung des Materials ermöglicht.

Farasis konnte belegen, dass recyceltes Kathodenmaterial aus gebrauchten Zellen oder Produktionsausschuss zurückgewonnen und in neue Zellen integriert werden kann. Konkret hat Farasis nachgewiesen, dass Zellen, die bis zu 25 Prozent recyceltes Kathodenmaterial enthalten, eine gleichwertige Leistung erbringen können wie Zellen aus ausschließlich neuem Kathodenmaterial.

Mit dem Direkt-Recycling-Verfahren ist es also möglich, den Einsatz und die Menge an neuem aktiven Kathodenmaterial erheblich zu reduzieren, ohne die Leistung der neu hergestellten Batterien zu beeinträchtigen. Gleichzeitig trägt es zu einer umweltfreundlicheren und nachhaltigeren Methode der Zellherstellung bei und reduziert den gesamten CO2-Fußabdruck.

»Unser Ziel ist, eine geschlossene Wertschöpfungskette der Batterie über ihren gesamten Lebenszyklus, vom Design bis zum End-of-life-Management zu entwickeln«, so Dr. Keith Kepler, CTO und Mitbegründer von Farasis. »Diesem Anspruch sind wir mit der Validierung unseres Direkt-Recycling-Verfahrens ein gutes Stück nähergekommen.«

Viel Know-how in Forschung und Entwicklung

Farasis Energy sieht sich als Pionier in der Forschung und Entwicklung für das direkte Recycling von Lithium-Ionen-Batterien. Als Anbieter von innovativer Lithium-Ionen-Batterietechnologie und Pouch-Zellen für die Elektromobilität arbeitet Farasis seit mehr als 10 Jahren daran, die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien umweltfreundlicher und nachhaltiger zu gestalten.

Die jüngsten Fortschritte in der Entwicklung seines Direkt-Recycling-Verfahrens gestatten Farasis eine hocheffiziente, wirtschaftliche Rückgewinnung der wertvollsten Aktivmaterialien aus Zellen, Batterien und Produktionsausschuss. Im Rahmen der Entwicklung der Recycling-Technologie hat Farasis bereits zwei US-Patente angemeldet und konnte sich verschiedene öffentliche Forschungszuschüsse sichern, darunter ein Förderprojekt über 1,76 Millionen US-Dollar, vergeben vom United States Advanced Battery Consortium (USABC).

Recyceltes Kathodenmaterial in Elektroauto-Batterien verwenden
Moderne Batterien für Elektroautos enthalten in der Kathode häufig hohe Anteile des Übergangsmetalloxids NCM, wobei NCM eine Abkürzung für die darin enthaltenen Metalle Nickel, Kobalt und Mangan ist.

Beim Recycling von NCM aus Produktionsausschuss oder aus alten Batterien konzentrieren sich kommerzielle Wiederaufbereiter aktuell entweder auf das Schmelzen bei hohen Temperaturen (Pyrometallurgie) oder auf die chemische Auflösung (Hydrometallurgie) des sorgfältig entwickelten Kathodenmaterials und gewinnen damit nur die einzelnen Metalle zurück. Diese Recyclingtechniken sind energieintensiv und haben erhebliche negative Auswirkungen auf die Umwelt.

Das Direkt-Recycling-Verfahren hingegen erlaubt die direkte und vollständige Rückgewinnung des hochwertigen Kathodenmaterials in seiner ursprünglichen chemischen und physikalischen Komposition unter Erhaltung der Kristallstruktur. Das bedeutet: Das aktive Material für Kathoden wird unversehrt zurückgewonnen und kann direkt wieder für die Produktion neuer Lithium-Ionen-Zellen verwendet werden – ohne Leistungsverluste. Mit dem umweltfreundlichen Direkt-Recycling-Verfahren von Farasis entfällt somit die kosten- und energieintensive Resynthese des Kathodenmaterials aus seinen Grundbestandteilen.

Fokus auf Leistung des recycelten Kathodenmaterials

Bei der Entwicklung seines Direkt-Recycling-Verfahrens hat Farasis Energy besonderes Augenmerk auf die Leistung des recycelten Kathodenmaterials gelegt. Denn die Herstellung neuer Lithium-Ionen-Zellen unter Verwendung von aktivem Kathodenmaterial aus gebrauchten Zellen setzt voraus, dass Eigenschaften und Leistung von Zellen, die recyceltes Kathodenmaterial enthalten, vergleichbar sind mit denen von Zellen aus ausschließlich neuem Material.

Farasis zeigt, dass bis zu 25 Prozent recyceltes Kathodenmaterial in neuen Lithium-Ionen-Zellen verwendet werden kann, ohne dass die Leistung wesentlich beeinträchtigt wird. Interne Tests und die externe Validierung von 2Ah-Musterzellen durch ein Labor des Energieministeriums der Vereinigten Staaten (US Department of Energy) haben bewiesen, dass die Leistung von Zellen mit recyceltem Kathodenmaterial selbst nach 600 Lade- und Entladezyklen vergleichbar ist mit der ihrer Gegenstücke aus ausschließlich neuem Kathodenmaterial.

Im nächsten Schritt wird es nun darum gehen, die Industrialisierung des Kathoden-Recycling-Verfahrens in großem Maßstab zu validieren. Mit dem klaren Ziel, schnellstmöglich in das Recycling des Kathoden-Elektroden-Ausschusses aus der Zellherstellung einzusteigen.


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