Zweites Leben Recyclingfähiges Leichtbau-Batteriegehäuse

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Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

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VdLB Verband deutscher Laseranwender - Blechbearbeitung e.V.

evopro systems engineering AG

Forscher des Fraunhofer-LBF entwickeln ein recyclingfähiges Leichtbau-Batteriegehäuse und somit ein zweites Leben für alte Batteriezellen.

Lithium-Ionen-Batterien aus Elektrofahrzeugen verlieren im Laufe ihrer Nutzung an Ladekapazität. Sie sind ab einem Kapazitätsverlust von 20 Prozent nicht mehr für den Fahrzeugbetrieb geeignet, da sich die Reichweite und die Schnellladefähigkeit verringert. Allerdings ist die verbleibende Kapazität von 80 Prozent für eine stationäre Speicheranwendung ausreichend.

Im Forschungsprojekt Circulus sollen mehrere bereits genutzte Lithium-Ionen-Traktionsbatterien zu einem stationären Speichersystem umgebaut werden. Die neuartige Leichtbau-Konstruktion des Gesamtsystems sehe vor, dass sich das System sortenrein zerlegen lasse. Somit werde der Sortieraufwand reduziert, woraus hochqualitative Stoffströme entstehen sollen und eine funktionierende und nachhaltige Kreislaufwirtschaft umgesetzt werde.

Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF wollen möglichst leichte und recyclingfähige Batteriegehäuse unter anderem aus Kunststoff für die E-Mobilität entwickeln. Für eine erfolgreiche Kreislaufführung von Strukturkomponenten sei eine leichte und stoffstromgerechte Zerlegbarkeit unerlässlich, um die Sortierung so effizient wie möglich zu gestalten. Die daraus gewonnen Stoffströme sollen zu hochwertigen Rezyklaten aufgearbeitet werden.

Mittels umfassender Analytik sollen die Forscher im Fraunhofer-LBF die Qualität sowie mögliche Chargenunterschiede der Materialien erfassen können. Dies diene als Ausgangslage für eine gezielte Materialanpassung im Rahmen der R-Strategien für einen Einsatz in anspruchsvollen und hochbelasteten Anwendungen. R-Strategien sind verschiedene Verwertungsstrategien, die den Verbrauch von natürlichen Ressourcen reduzieren und die Kreislaufführung von Materialien unterstützen. Durch eine angepasste Additivierung könne eine Qualitätsverbesserung entlang der gesamten Wertschöpfungskette erzielt werden.

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In dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderten Projekt „Circulus – nachhaltiges Batteriesystem für die Energiewende und neue Geschäftsmodelle“ wurde neben dem Recycling sowie dem Einsatz von Rezyklaten in Batteriegehäusen auch die Umnutzung der alten Batteriezellen untersucht. Die Ergebnisse würden zeigen, dass die enthaltenen Batteriezellen am Lebensende des Fahrzeuges meist noch eine ausreichende Kapazität und Performance aufweisen, um in einem zweiten Leben als stationärer Stromspeicher genutzt zu werden. „Damit erreichen wir eine Kreislaufführung der verwendeten Materialien und ermöglichen unter anderem eine nachhaltige Nutzung der ressourcenintensiven Batteriezellen“, so Eva-Maria Stelter, Wissenschaftlerin am Fraunhofer-LBF und Projektleiterin von Circulus.

Nachhaltige Entwicklung dank interdisziplinärer Herangehensweise

Der Einsatz von bereits genutzten Batteriezellen aus ehemaligen Traktionsspeichern in second Life Anwendungen sei ein komplexer Transformationsprozess. „Um diesen zu bewältigen, bedarf es einer transdisziplinären Herangehensweise, um die relevanten Herausforderungen und Fragestellungen in ihrer Komplexität zu erörtern. Dabei müssen die unterschiedlichsten Sichtweisen verschiedener Wissenschaftsdisziplinen hinsichtlich ökonomischer, ökologischer und gesellschaftlicher Aspekte berücksichtigt werden“, erklärt Dr. rer. sust. Dominik Spancken, der erste Doktor der Nachhaltigkeitswissenschaften in Deutschland.

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