CircuBAT verbessert Ökobilanz der E-Mobilität

Werkstoffe 07. 06. 2022
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Das Forschungsprojekt CircuBAT will den Kreis zwischen Produktion, Anwendung und Recycling von Lithiumionenbatterien aus der Mobilität schließen. Dafür suchen sieben schweizerische Forschungsinstitutionen sowie 24 Unternehmen gemeinsam nach Optimierungsmöglichkeiten für mehr Nachhaltigkeit in allen Lebensabschnitten der Batterie. Das Projekt ist Teil der neu lancierten Flagship Initiative der Förderagentur Innosuisse.

Elektrofahrzeuge sind zentral für eine klima­freundlichere Mobilität. Vor Kritik gefeit sind sie allerdings nicht, denn insbesondere die Antriebsbatterie bietet in Sachen Nachhaltigkeit großes Verbesserungspotenzial. An dieser Stelle setzt CircuBAT an. Ziel des neu gestarteten Forschungsprojekts ist es, in den nächsten vier Jahren ein zirkuläres Geschäftsmodell für Lithiumionenbatterien aus der Mobilität zu etablieren. Das verbessert die Ökobilanz von Elektrofahrzeugen, stellt Speicher für die Energiewende zur Verfügung und spart Ressourcen, sagt Projektleiter Andrea Vezzini von der Berner Fachhochschule (BFH).

Zusammenarbeit von ­Forschung und Wirtschaft

Im Projekt CircuBAT übernimmt die Berner Fachhochschule die Rolle des Leading House. Beteiligt sind auf Seite der Wissenschaft sechs weitere schweizerische Forschungsinstitutionen: die Empa, das Centre Suisse d’Electronique et de Microtechnique (CSEM), die Universität St. Gallen (HSG), die Ostschweizer Fachhochschule OST, der Switzerland Innovation Park Biel/Bienne SIPBB und die EPFL. Zudem sind insgesamt 24 Unternehmen beteiligt, von Materialspezialisten über Fertigungsunternehmen bis hin zu Anwendern und Anbietern von Elektrofahrzeugen. Dank dieser Zusammenarbeit von Wissenschaft und Wirtschaft deckt das Projekt alle Lebensabschnitte einer Batterie ab und Erkenntnisse aus der Forschung können direkt in der Anwendung getestet werden.

CircuBAT ist eines von 15 Projekten, ­welche die schweizerische Agentur für Innovations­förderung Innosuisse in der ersten Ausschreibung der Flagship-Initiative bewilligt hat. Die Initiative will systemische Innovationen in Bereichen fördern, die für einen großen Teil der Wirtschaft oder Gesellschaft relevant sind und strebt nach Lösungen für aktuelle oder zukünftige Herausforderungen, die mehrere Akteure betreffen und nur durch deren Zusammenarbeit gemeistert werden können.

Optimierung in allen Bereichen

Das Projekt CircuBAT sucht in allen Lebensabschnitten von Lithiumionenbatterien nach Lösungen für verbesserte ­Nachhaltigkeit. Dazu gehört, die Lebensdauer der ­Batterien in ihrer ersten Anwendung zu verlängern. Erreichen wollen die Forschenden dies durch die Entwicklung optimaler Lade- und Entladestrategien sowie durch neue Konzepte für den Bau von Batterien, die Reparaturen einfach möglich machen. Weiter sollen Batterien nach ihrer ersten Anwendung in der Mobilität als stationäre Energiespeicher zum Einsatz kommen. Im Projekt wird deshalb erforscht, wie sich diese am besten ins Stromnetz integrieren lassen und wie ein sicherer sowie effizienter Betrieb gewährleistet werden kann. Schließlich suchen die Forschenden nach Lösungen für die Demontage und Materialrückgewinnung, so dass die Sekundärrohstoffe in großen Mengen und guter Qualität der Produktion von neuen ­Batterien zugefügt werden können. Neben diesen technischen Fragen untersucht das Projekt auch sozioökonomische Aspekte und prüft ganzheitliche Geschäftsmodelle. CircuBAT wird damit einen wichtigen Beitrag zur Dekarbonisierung der Mobilität in der Schweiz und zur Nutzung von erneuerbaren Energien leisten.

Drei Teilprojekte unter Leitung der Empa

Von den sieben Teilprojekten werden drei von Empa-Forschenden geleitet. Das Teilprojekt Materialrückgewinnung, das vom Empa-Forscher Rolf Widmer geleitet wird, verfolgt das Ziel, ein von Kyburz Switzerland entwickeltes Recyclingverfahren zu optimieren und weiterzuentwickeln. Die brennbaren ­Elemente der Batterie werden dabei in einem Wasserbad getrennt. So sollen Kupfer, Aluminium, Lithium, Mangan, Nickel und Kobalt in bester Qualität zurückgewonnen werden, um sie für die Produktion von neuen Batterien einsetzen zu können.

Das Teilprojekt Herstellung von Batteriezellen soll den Herstellungsprozess energiesparender gestalten. Der bei weitem energieintensivste Schritt bei der Herstellung einer Lithiumionenbatteriezelle ist die Trocknung der Batterie-Elektrode nach der Beschichtung. Durch eine trockene Elektrodenbeschichtung fiele dieser Schritt weg, was zu erheblichen Energie- und Kosteneinsparungen führen würde. Der Empa-Forscher Corsin Battaglia leitet dieses Teilprojekt.

Im Teilprojekt Nachhaltiges Geschäftsmodell entwickeln Experten der Empa und der Universität St. Gallen zusammen mit weiteren Partnern ein tragfähiges Business-Modell für ein nachhaltiges Batterierecyclingsystem. Dafür untersuchen sie unter anderem die ökologischen und sozialen Auswirkungen der
anderen Teilprojekte. Mit Blick auf die gesamte Wertschöpfungskette sollen geeignete, wirt­schaftlich vorteilhafte Geschäftsmodelle zur Umsetzung dieser Innovationen identifiziert, bewertet und evaluiert werden. Der Empa-Forscher Roland Hischier leitet gemeinsam mit Merla Kubli von der Universität St. Gallen dieses Teilprojekt.M. Hagmann

Kontakt:

Prof. Dr. Andrea Vezzini, Projektleiter CircuBAT, Bern University of Applied Sciences,
E-Mail: andrea.vezzini@bfh.ch

Text zum Titelbild: Das Forschungsprojekt CircuBAT will den Kreis zwischen Produktion, Anwendung und Recycling von Lithiumionenbatterien aus der Mobilität schließen (Bild: Empa)

Empa-Forscher Corsin Battaglia leitet ein Teilprojekt des Forschungsprojekts CircuBAT
(Bild: Empa)

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