Wie können Batteriespeicher künftig umweltfreundlich und nachhaltig produziert werden? Wie unterstützen digitale Prozesse dabei? Und wie lassen sich alte Batterien effizient recyceln und einer Kreislaufwirtschaft zuführen? Diese Fragestellungen bündelt das Fraunhofer IKTS an einem neuen Institutsstandort im sächsischen Freiberg.
So wollen die Fraunhofer-Forscher in Freiberg Recyclingprozesse erproben, mit denen sich Ausbeute und Reinheit von Batteriematerialien wie Lithium, Nickel oder Kobalt erhöhen lässt. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der hydrometallurgischen und elektrochemischen Aufbereitung der metallischen Batteriematerialien. Zum anderen zielen die Forschenden darauf ab, mit innovativen Trennverfahren auch aus Aufschlussmedien und Prozesswässern des Recyclingprozesses strategische Rohstoffe zurück zu gewinnen. Damit einher gehen Untersuchungen, unter welchen Bedingungen diese so genannten Sekundärrohstoffe für eine Resynthese – sprich die Herstellung neuer Ausgangsmaterialien für die Batteriefertigung – nutzbar sind und welchen Einfluss sie auf die Leistung der Batteriezellen haben.
Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Vermeidung von Produktionsfehlern und der Reduzierung von Ausschussraten – auch das sind Voraussetzungen für eine ressourcenschonende Batteriezellfertigung. Am neuen IKTS-Standort stehen auf mehr als 400 Quadratmetern Fläche zahlreiche Pilotanlagen zur Verfügung, an denen inlinefähige Prüfverfahren erprobt werden. Hierfür adaptieren die Forschenden zerstörungsfreie Prüfverfahren des Fraunhofer IKTS und integrieren sie in die einzelnen Produktionsschritte. So lassen sich beispielsweise die Eigenschaften der Rohstoffe bei der Batteriemasseherstellung überprüfen oder die Tiefenentladung der Batterien während des Recyclings überwachen. Für die dabei gewonnenen Datenmengen werden intelligente Datenbanklösungen aufgebaut. Somit ist es möglich, zuverlässig Fehlermuster zu erkennen und Rohstoff- und Produktionsströme zu optimieren.
Darüber hinaus verstärkt das Fraunhofer IKTS in Freiberg seine Forschung für neuartige Batteriekonzepte. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf Festkörperbatterien, bei denen der flüssige Elektrolyt durch umweltfreundlichere und zuverlässige Festelektrolyte auf Polymer- oder Keramikbasis ersetzt wird.
Enge Kooperation mit anderen Forschungsinstituten in Freiberg
Mit „SaxBatt“ startete Anfang Januar eines der Initialprojekte des neuen Standorts in Freiberg. Das Sächsische Staatsministerium für Wissenschaft, Kultur und Tourismus fördert das Projekt mit EFRE-Mitteln in Höhe von fünf Millionen Euro. Darüber hinaus hat das Fraunhofer IKTS mehr als sieben Millionen Euro Projektmittel im Rahmen der BMBF-geförderten Kompetenzcluster „greenBatt“, „ProZell“, „AQuaA“ und „InZePro“ eingeworben.
Aktuell arbeiten sechs Forschende am neuen IKTS-Standort. In den nächsten Monaten soll die Mitarbeiterzahl schrittweise anwachsen. „Wir freuen uns, dass wir unseren Beitrag zur Neugestaltung der Energiewirtschaft in den kommenden Jahren leisten können. Dies betrifft nicht nur eine verstärkte Nutzung erneuerbarer Energien, sondern auch die nachhaltige Gestaltung der dafür eingesetzten Technologien im Rahmen einer zukünftigen Kreislaufwirtschaft“, erklärt Alexander Michaelis, Institutsleiter des Fraunhofer IKTS.
Am Standort Freiberg findet das Fraunhofer IKTS neben einer hervorragenden Infrastruktur auch exzellente Forschungseinrichtungen für Kooperationen vor. So ist das Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB Standortpartner im Fraunhofer-Technologiezentrum Hochleistungsmaterialien THM. Darüber hinaus arbeitet das IKTS mit der Ressourcenuniversität TU Bergakademie Freiberg und dem Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie (HIF) im Rahmen des Kompetenzclusters „greenBatt“ zusammen.
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