Phosphat für Lithium-Ionen-Batterien nutzbar machen
Das ist das Ziel des Projekts „SuSyPhos“ am MEET Batterieforschungszentrum der Universität Münster.
„SuSyPhos“ steht für „Sustainable Synthesis and Recycling of Phosphorus-containing Materials in Lithium-Ion Batteries“. Phosphat ist begehrt und gilt mittlerweile als kritischer Rohstoff. In der Batterieforschung wird es in Form von Lithium-Eisenphosphat als Kathodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt. Der Vorteil dieser Batterien: Sie sind langlebig und lassen sich schnell laden. Die Batterien kommen deshalb sowohl in Elektroautos als auch in stationären Speichern zum Einsatz. Aufgrund der kontinuierlich steigenden Nachfrage nach Speichermöglichkeiten steigt der Bedarf an Phosphat.
„Mit der Rückgewinnung des Phosphats aus Abwässern und landwirtschaftlichen Reststoffen wollen wir die Versorgung für die Batterieforschung und -produktion sicherstellen und gleichzeitig die Abhängigkeit von Importen verringern“, skizziert Dr. Simon Wiemers-Meyer, stellvertretender Bereichsleiter des Forschungsbereichs „Analytik und Umwelt“ am MEET Batterieforschungszentrum, die Zielsetzung. „Gleichzeitig können wir hierdurch den aktuell zu hohen Phosphateintrag in die Umwelt reduzieren.“
Den Wertschöpfungskreislauf im Fokus
Um das Phosphat zurückzugewinnen und für einen Einsatz in Lithium-Ionen-Batterien zu verarbeiten, wählen die Projektpartner BeTeBe GmbH und TH Münster zunächst die Ausgangsmaterialien aus und trennen das Phosphat ab. Im Anschluss bereitet das MEET Batterieforschungszentrum das Material auf und synthetisiert daraus Aktivmaterial für Lithium-Ionen-Batterien. Die Partikel werden dafür mit Kohlenstoff beschichtet, um die elektronische Leitfähigkeit zu erhöhen. Die einzelnen Schritte der Materialsynthese begleitet eine umfangreiche Analytik. Mittels verschiedener Methoden charakterisiert das Forschungsteam das Material und untersucht seine Zusammensetzung, Reinheit, Partikelgröße, Kristallstruktur und die Beschaffenheit der Kohlenstoffbeschichtung.
Um die elektrochemischen Eigenschaften des erhaltenen Lithium-Eisenphosphats zu bewerten, setzt das Forschungsteam den Rohstoff als Elektrodenmaterial ein, untersucht die entsprechenden Batteriezellen und modifiziert sie bei Bedarf. Vervollständigt wird das Projekt durch eine Ökobilanzierung und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der Fraunhofer FFB und des Instituts für betriebswirtschaftliches Management der Universität Münster.
(Erschienen im EU-Recycling Magazin 12/2024, Seite 20, Foto: Maksym Yemelyanov / stock.adobe.com)
