Nachhaltige Batterien: Forscher setzen auf Bor und Recycling

Batterien als Energiespeicher spielen eine entscheidende Rolle bei der globalen Energiewende. Ob im Elektroauto, Smartphone oder als Speicher für Solarstrom: Ohne leistungsfähige Energiespeicher funktioniert der Umstieg auf erneuerbare Energien kaum.

Problematisch ist derzeit allerdings die Herstellung von Batterien: Wertvolle und teilweise knappe Ressourcen wie Lithium, Kobalt und Nickel werden benötigt, aber deren Abbau hat oftmals schädliche Folgen für die Umwelt.  Neue Methoden der Produktion und des Recyclings sind daher entscheidend, um die Umweltbelastung durch die Batterieherstellung zu verringern und eine nachhaltige Energiewende zu ermöglichen.

Genau dieses Problem gehen das Institut für nachhaltige Chemie und Katalyse mit Bor und das Institut für Anorganischen Chemie der Universität Würzburg an. Für beide Forschungsprojekte stellt das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) insgesamt knapp 1,8 Millionen Euro zur Verfügung. Die Laufzeit beider Projekte umfasst drei Jahre und geht bis Ende Juni 2028.

Bor als Schlüssel

Im Verbundprojekt „Festkörper Natrium-Ionen-Batterien auf Basis von Bor-haltigen Elektrolyten“ wird an einer neuen Art von Batterie gearbeitet – der Natrium-Ionen-Feststoffbatterie. Das Ziel ist, eine Batterie zu entwickeln, die ohne das seltene und teure Lithium auskommt. Stattdessen wird Natrium verwendet, was praktisch unbegrenzt verfügbar und zum Beispiel im haushaltsüblichen Kochsalz zu finden ist.

Das Forschungsteam entwickelt effiziente, ressourcenschonende Herstellungsverfahren für sogenannte Natrium-closo-borate. Diese Natrium-Salze sind äußerst stabil und können in fester Form Natrium-Ionen transportieren. Das macht sie zu vielversprechenden Feststoff-Elektrolyten: Im Gegensatz zu flüssigen Elektrolyten versprechen feste Elektrolyte höhere Sicherheit und bessere Langzeitstabilität.

Das BMFTR stellt für dieses Projekt knapp 800.000 Euro zur Verfügung.

Recycling von Lithium-Ionen-Batterien

Während das erste Projekt auf die Entwicklung einer neuen Batteriegeneration abzielt, konzentriert sich das zweite Forschungsvorhaben auf die Wiederverwertung bestehender Systeme. Lithium-Ionen-Batterien sind der aktuelle Stand der Technik von Elektrofahrzeugen und Smartphones. Doch am Ende ihres Lebenszyklus bleiben große Mengen problematischer Abfälle zurück, welche aber auch sinnvoll als wertvolle Quelle kritischer Rohstoffe dienen könnten.

Die zweite Forschungsgruppe „Prozesse für das Direkte Recycling von Kathoden aus zyklisierten Lithium-Ionen-Batterien zur Maximierung der rückgewinnbaren Funktionsmaterialien“ widmet sich dem Vorhaben, End-of-Life-Batterien vollständig zu recyclen. Ziel ist dabei, die einzelnen Bestandteile und Materialien möglichst restlos wieder in den Produktionsprozess neuer Batterien einzubinden.

Das Forschungsteam entwickelt zusammen mit Industrie- und Forschungspartnern Verfahren, mit denen sich die einzelnen Prozessschritte verbessern lassen. Ziel ist es, möglichst viele Rohstoffe zurückzugewinnen und gleichzeitig den CO₂-Ausstoß der gesamten Wertschöpfungskette zu senken. Dieses Projekt  wird mit mehr als 970.000 Euro bezuschusst.