Mechanische Aufbereitung von Lithium-Ionen-Batterien in Abhängigkeit der Demontagetiefe

Das Aufkommen von verbrauchten Lithium-Ionen-Batterien stellt ein wachsendes globales Problem dar. Speziell die Batteriesysteme aus automobilen Anwendungen können Dimensionen von mehreren hundert Kilogramm erreichen. Die Speichersysteme stellen nicht nur eine wichtige Quelle von sekundären Rohstoffen dar, sondern bergen auch ein hohes Gefahrenpotential. Damit stellt das Recycling dieses in der Menge sukzessiv zunehmenden Abfallstroms eine komplexe Aufgabe dar. Ein häufig eingesetzter erster Schritt im Recycling ist das manuelle Demontieren der Speichersysteme bis auf Modul- oder Zellebene. Die folgende Abhandlung ver-gleicht den Aufwand der mechanischen Aufbereitung mehrere Batteriesysteme in Abhängigkeit der Demontagetiefe und die sich daraus ergebenden Vor- und Nachteile. Dafür wurden verschiedene Batteriesysteme manuell demontiert und sowohl die Zeiten als auch die damit gewinnbaren Materialmengen bestimmt. Darüber hinaus wurden Batteriezellen und die Modulperipherie separat zerkleinert, klassiert und sortiert, um den Aufwand und Trennerfolg einer mechanischen Aufbereitung zu bestimmen.

Grundsätzlich muss unterschieden werden, ob ein Recycling oder ein Reuse der Komponenten angestrebt wird. Beim Reuse werden die Komponenten dem gleichen Verwendungszweck zugeführt, den sie bereits erfüllt haben. Dabei finden naturgemäß keine Zerstörung oder Stoffumwandlungen statt. Denkbare Komponenten eines Batteriesystems dafür wären unter anderem das Systemgehäuse oder das Batterie-Management-System (BMS). Diese können in der Regel durch nicht-zerstörende Demontageschritte abgetrennt werden, insofern sie bspw. durch Schraubverbindungen verankert sind.

Für eine Vielzahl der beim Reuse nicht genannten Komponenten ist eine allgemeine stoffliche Verwertung das Ziel, welche landläufig als Recycling bezeichnet wird (Werner et al. 2020). Dies kann eine mechanische, pyro- und/oder hydrometallurgische Aufbereitung beinhalten, d.h. der teilweise oder vollständige Aufschluss des Materialverbunds mit anschließender Aufkonzentration der Wertstoffe.
Um einer Beschädigung der Batteriezellen in der Nutzungsphase entgegenzuwirken, werden diese in einem stabilen Systemgehäuse vor äußeren mechanischen Einwirkungen geschützt. Häufig besteht das Gehäuse aus einer Aluminiumlegierung. In ihm sind typischerweise neben den Modulen oder Zellstacks das BMS, Kühlelemente und elektrische Verbinder untergebracht. Speziell bei Batteriesystemen aus reinen Elektromobilen ist eine Demontage sinnvoll, da sie bereits einen hohen Anteil an Material zerstörungsfrei und sortenrein abtrennt. Weiterhin können die freigelegten Module o-der Batteriezellen einer weiteren beispielsweise mechanischen Verarbeitung zugeführt werden, wobei die notwendigen Dimensionen für die entsprechenden Anlagen sinken.



Copyright: © Lehrstuhl für Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft der Montanuniversität Leoben
Quelle: Recy & Depotech 2020 (November 2020)
Seiten: 6
Preis: € 3,00
Autor: Tony Lyon
Dr.-Ing. Thomas Mütze
Professor Dr.-Ing. Urs Alexander Peuker
 
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