los socios de las comunidades industrial y científica quieren demostrar conjuntamente que los componentes más valiosos de las baterías de tracción se pueden recuperar y reutilizar varias veces seguidas mediante el reciclaje. El consorcio de investigación HVBatCycle tiene como objetivo mantener los metales del cátodo, el electrolito y el grafito de forma permanente en un ciclo de material cerrado (bucle cerrado). Bajo el liderazgo del Grupo Volkswagen, TANIOBIS GmbH, J. Schmalz GmbH y Viscom AG están trabajando junto con investigadores de la Universidad RWTH Aachen, TU Braunschweig y el Instituto Fraunhofer de Ingeniería de Superficies y Películas Delgadas (IST) durante tres años para investigar y desarrollar los procesos necesarios. El proyecto está financiado por el Ministerio Federal de Asuntos Económicos y Acción Climática.
Michael Kellner, Secretario de Estado Parlamentario: “La producción europea de baterías solo puede tener éxito si se centra en la sostenibilidad en tantas áreas como sea posible. Las baterías sostenibles son cruciales para una transición energética y de transporte guiada por altos estándares ambientales y sociales”.
Sebastian Wolf, director de operaciones de Battery Cell en Volkswagen AG, explicó: “El reciclaje de baterías y desechos de producción contribuye decisivamente a asegurar el suministro de materias primas para nuestras fábricas planificadas. A través del proyecto HVBatCycle, se está preparando una visión holística de los procesos de reciclaje y, por lo tanto, la implementación del circuito cerrado de materiales de batería”.
Ciclo cerrado de materias primas y reciclaje múltiple
Para tener que usar menos materiales de fuentes primarias como minas o salinas, las materias primas esenciales deben recuperarse no solo una vez, sino varias veces. Con este fin, las celdas de batería hechas de material reciclado se reciclan nuevamente, lo que también demuestra que incluso las múltiples ejecuciones de reciclaje no tienen influencia en la calidad del material. Cerrar el círculo requiere procesos interdisciplinarios complejos. Para un reciclaje eficiente y ecológica y económicamente sensato, todos los procesos deben coordinarse entre sí para producir materiales secundarios clasificados y de alta calidad bajo los más altos requisitos de seguridad. Se trata de escalabilidad y eficiencia económica en particular.
Independencia a través de la descentralización, ventajas a través del uso de materiales secundarios
El proyecto del consorcio se centra en la ruta de reciclaje mecánico-hidrometalúrgico, que se caracteriza por bajos requisitos de energía y la posibilidad de una distribución descentralizada comparativamente simple de ciertos procesos de reciclaje en Europa. Esto favorece una economía circular local y asegura materias primas estratégicamente importantes, lo que reduce significativamente la dependencia de Europa de otras regiones del mundo. El proyecto HVBatCycle tiene como objetivo identificar procesos eficientes y soluciones innovadoras que aseguren el establecimiento de una cadena de valor de extremo a extremo con alta eficiencia económica y, al mismo tiempo, maximizar el reciclaje y la eficiencia energética y minimizar el impacto ambiental.
Automatización de los procesos de desmantelamiento y recuperación del material del electrodo
Los enfoques de desarrollo innovadores concretos se basan en una descarga orientada a la demanda, es decir, económicamente optimizada, y un desmantelamiento en gran medida automatizado de los sistemas de baterías en declive hasta el nivel de la celda o el electrodo. Esto también incluye una separación casi sin pérdidas de material activo y láminas portadoras, así como la recuperación de grafito y componentes electrolíticos altamente volátiles.
En el siguiente procesamiento hidrometalúrgico de la “masa negra”, que consiste en grafito y metales de batería, utilizando agua y solventes químicos, el enfoque está en la extracción temprana y selectiva del litio en forma soluble, así como en la lixiviación, precipitación y refinación del contenido. metales como un concentrado de hidróxido mixto. Aquí, en relación con la síntesis de material renovado de material catódico activo, se investigará si la separación de compuestos metálicos es realmente necesaria para producir nuevo material de cátodo de alto rendimiento.
El trabajo de investigación sobre el procesamiento del electrolito y el grafito tiene como objetivo mostrar, a través del desarrollo de procesos adecuados, que los componentes importantes del electrolito y el grafito también pueden procesarse de manera eficiente y usarse de nuevo en calidad adecuada para baterías en la producción de celdas. Todos los pasos del proceso van acompañados holísticamente de un análisis del ciclo de vida ecológico y económico.
Acerca de los socios de cooperación:
Como parte de su estrategia de baterías y su estrategia de sostenibilidad, Volkswagen AG está muy interesada en la realización de un ciclo cerrado de materiales de celdas y, por lo tanto, ha asumido la coordinación y gestión del proyecto. Con la planta piloto de reciclaje mecánico en el sitio de componentes de Salzgitter, la división de Tecnología del Grupo asegura la producción y el suministro de material reciclable de las baterías de los vehículos. Además, la experiencia en fabricación de células del Centro de Excelencia en Salzgitter se utiliza para producir nuevas células a partir de material totalmente reciclado.
TANIOBIS GmbH es un proveedor de calidad de polvos que contienen niobio y tantalio para procesos de fabricación hidrometalúrgicos, incluida la extracción por solventes. Como subsidiaria de JX Nippon Mining & Metals, tiene un profundo conocimiento del reciclaje hidrometalúrgico de baterías de iones de litio, que se utilizarán en el proyecto. En base a esto, TANIOBIS GmbH construirá y operará la infraestructura hidrometalúrgica y pirometalúrgica requerida en el sitio de Chemiepark Oker, donde también está disponible un laboratorio analítico certificado.
J. Schmalz GmbH es el proveedor líder mundial de tecnología de vacío y uno de los pocos proveedores de gama completa en este campo. En el segmento de negocio de automatización de vacío, Schmalz suministra todos los componentes de vacío necesarios para el montaje de pinzas para robots industriales. Además, la tecnología de sensores de Schmalz garantiza la eficiencia y la seguridad del proceso. En proyectos conjuntos con institutos científicos, se establecieron sistemas de manipulación para obleas de silicio y láminas de ánodo y cátodo.
Viscom AG desarrolla soluciones de medición de rayos X específicamente para su uso en la industria de celdas de batería. La cartera de productos abarca desde sistemas de laboratorio hasta soluciones completas en línea para un control de calidad del 100 % a altas velocidades. Viscom se especializa en una variedad de diferentes formatos de celdas, como bolsas o celdas prismáticas, que cubren diferentes tamaños para productos de consumo, desde almacenamiento de energía hasta celdas de movilidad eléctrica.
Battery LabFactory Braunschweig (BLB), como centro de investigación transdisciplinario establecido de TU Braunschweig, es una de las instituciones líderes en el campo de la investigación de baterías en Alemania. El BLB es una plataforma de I+D para la producción circular, diagnóstico y modelado/simulación de baterías de las generaciones actuales y futuras. En su planta piloto, el BLB combina el conocimiento de procesos de ingeniería, la experiencia en ciencia de materiales, el conocimiento del sistema de celdas de batería de las ciencias naturales y sólidas habilidades analíticas.
El Instituto de Máquinas Herramienta y Tecnología de Producción (IWF) se centra en cuestiones tecnológicas y de automatización a lo largo de las cadenas de procesos de fabricación actuales y futuras para celdas de batería.
El Instituto de Tecnologías de Alta Tensión y Sistemas de Potencia de elenia cuenta con una amplia experiencia en el campo de la formación, el envejecimiento cíclico y la caracterización eléctrica y electroquímica de celdas de baterías.
En el Instituto de Tecnología de Partículas (iPAT), se investigan procesos mecánicos y de tecnología de partículas para la producción de materiales y electrodos para baterías, así como procesos mecánicos y térmicos para el reciclaje de baterías.
El Instituto de Ingeniería de Procesos Químicos y Térmicos (ICTV) tiene una amplia experiencia en la separación de mezclas de fluidos.
El Instituto de Ingeniería de Sistemas de Energía y Procesos (InES) tiene muchos años de experiencia en el modelado y simulación de baterías, así como en análisis electroquímico y análisis de operando.
El Instituto Fraunhofer de Ingeniería de Superficies y Películas Delgadas (IST) lleva a cabo una intensa investigación y desarrollo en las áreas de síntesis y funcionalización de materiales, tratamiento y modificación de superficies, producción y aplicación de películas, caracterización de películas y análisis de superficies, así como en el campo de la producción. tecnología. Como tema central en el Fraunhofer Project Center for Energy Storage and Management Systems (ZESS), la investigación de baterías se centra en el desarrollo de almacenamiento de materiales y energía, incluidos los procesos asociados y las tecnologías de fabricación, así como el diseño holístico y sostenible del ciclo de vida.
El Instituto de Ingeniería de Procesos Metalúrgicos y Reciclaje de Metales (IME) de la Universidad RWTH Aachen tiene muchos años de experiencia en investigación orientada a aplicaciones en procesos de reciclaje de baterías. El enfoque de investigación aquí es recuperar los metales valiosos contenidos en las baterías mediante procesos térmicos e hidrometalúrgicos. El instituto cuenta con una infraestructura integral para probar varios conceptos de reciclaje, que también incluye un innovador horno de pirólisis de Otto Junker GmbH para procesar grandes cantidades o módulos de batería completos. A través de su laboratorio certificado interno, el IME tiene acceso a muchos métodos analíticos importantes que se necesitan en la investigación de posibles procesos de reciclaje de baterías.