Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB
NRW-DiRecLab
Forschungsprojekt, »NRW-DiRecLab - NRW-Recyclinglabor zur Weiterentwicklung vielversprechender Prozessrouten für direktes Recycling von Elektrodenausschüssen aus der Batterieproduktion«
Im Projekt »NRW-DiRecLab« bauen die Fraunhofer FFB (Münster) und der Lehrstuhl PEM (RWTH Aachen) eine deutschland- und europaweit einzigartige Forschungsinfrastruktur zum direkten Recycling von Elektrodenausschüssen aus der Batteriezellproduktion auf. Am PEM entsteht eine modulare, flexible Laborumgebung, an der Fraunhofer FFB eine skalierte Prozessroute im Technikumsmaßstab (Vakuumzerkleinerung, superkritische CO₂-Extraktion, Vibrationssieb) sowie ergänzende Analytik- und Zelltesting-Infrastruktur. Untersucht werden fünf vielversprechende Prozessrouten mit unterschiedlichen Delaminationsverfahren – thermisch, lösungsmittelbasiert (ggf. mit Ultraschall), mechanisch und mittels scCO₂-Extraktion. Ziel ist die Rückgewinnung hochwertiger Aktivmaterialien, deren Reintegration in die Zellfertigung und damit die Schließung lokaler Materialkreisläufe.
Arbeitsplan
Der Arbeitsplan des Projekts besteht aus fünf Arbeitspaketen:
AP0: Projektmanagement: Projektsteuerung und Koordination der Partner über die gesamte Projektlaufzeit: Berichtswesen, Controlling, Meilensteinüberwachung sowie die kontinuierliche Abstimmung mit den assoziierten Partnern
AP1: Infrastruktur Recycling Labormaßstab: Aufbau der Laborinfrastruktur für das direkte Recycling von Elektrodenausschüssen und ihre Integration in die bestehende Forschungsumgebung am PEM. Nach der Erstellung detaillierter Spezifikationen folgen Beschaffung, Installation durch qualifiziertes Personal, Abnahmetests und die Einbindung vorhandener Geräte. Beschafft werden unter anderem eine vollständige Laborumgebung mit Lüftungs- und Abluftaufbereitung, Ausstattung für die chemische Delamination inklusive Ultraschallbad, Schneid- und Trommelmühle für die mechanische Zerkleinerung, ein Zig-Zag-Sichter zur Separation sowie Schwing- und Planetenkugelmühle zur De-Agglomeration.
AP 2: Infrastruktur Recycling Technikumsmaßstab: Spezifikation, Beschaffung, Aufbau und Inbetriebnahme der skalierten Prozessroute an der Fraunhofer FFB. Drei Kernanlagen bilden die Prozesskette:
- Vakuumzerkleinerung mit Schneidmühle, Superkritische CO₂-Extraktionsanlage,- Sichter- Trennung der verschiedenen Materialfraktionen
AP3: Infrastruktur Analytik und Zelltesting: Installation und Inbetriebnahme der ergänzenden Laborinfrastruktur zur begleitenden Prüfung und Validierung von Material-, Elektroden- und Zellqualität.
AP4: Prozessoptimierung: Iterative Erprobung und Optimierung der Recyclingprozesse. Die Fraunhofer FFB stellt Elektrodenausschüsse mit bekannter Zusammensetzung und bekannten Mengenverhältnissen zur Verfügung – ein wesentlicher Vorteil gegenüber Fremdmaterial. Das zurückgewonnene Aktivmaterial wird analysiert und mit dem Ausgangsmaterial als Benchmark verglichen. Anschließend wird das Rezyklat in die Elektrodenproduktion reintegriert, zu Testzellen mit variierenden Rezyklatanteilen verarbeitet und elektrochemisch charakterisiert.
AP5: Konzeptentwicklung zur Hochskalierung: Auf Basis der Erkenntnisse aus AP 4 werden Konzepte zur Skalierung der vielversprechendsten Prozessrouten in den Gigamaßstab entwickelt. Die assoziierten Partner bringen ihre Expertise zu industriellen Anforderungen und zur Anlagengestaltung ein.
Ergebnisverwertung
Das »NRW-DiRecLab« liefert erstmals einen belastbaren Vergleich von fünf Prozessrouten des direkten Recyclings – thermisch, lösungsmittelbasiert (optional ultraschallunterstützt), mechanisch und mittels superkritischer CO₂-Extraktion – inklusive quantifizierter Aussagen zur Rezyklatqualität und zur Performance von Testzellen mit variierenden Rezyklatanteilen im Vergleich zur Benchmark. Auf dieser Basis entsteht gemeinsam mit den assoziierten Partnern ein Konzept zur Hochskalierung der vielversprechendsten Route in den Gigamaßstab. Verwertet werden die Ergebnisse wissenschaftlich über Publikationen, Konferenzbeiträge und eine Dissertation sowie wirtschaftlich über den Transfer in die industrielle Anwendung: Die Infrastruktur dient als Demonstrations- und Entwicklungszentrum für gemeinsame Forschungs- und Industrieprojekte, bleibt über Nutzungs- und Rahmenverträge langfristig verfügbar und ist perspektivisch für weitere Materialströme offen – ein konkreter Beitrag zu geschlossenen lokalen Materialkreisläufen und zur Rohstoffsicherheit in NRW und Europa.
