BattBox: Zweites Leben für Batteriesysteme

31.03.2023

Die Zukunft fährt elektrisch. Der Bedarf an Batteriezellen für E-Autos soll in Europa bis 2040 fünfmal höher sein als das Produktionsvolumen. Rohstoffe wie Lithium und Kobalt sind allerdings in Europa Mangelware. Eine Lösung wäre in kosteneffizientem Recycling zu finden. Die Mengen der zurückgewonnenen Metalle bewegen sich derzeit jedoch je nach Rohstoff zwischen acht und 22 Prozent. Im Projekt BattBox werden mit technologischer Forschung und anlagentechnischen Konzepten technisch bestmögliche, wirtschaftlich effizienteste und aus kreislaufwirtschaftlicher Betrachtung nachhaltigste Handling- und Bearbeitungsprozesse für Lithium-Ionen-Batteriesysteme entwickelt. Damit soll die Zirkularität der Wertschöpfungskette „Batterie“ erhöht und gleichzeitig der Bedarf besser gedeckt werden.

Für das Konsortium, bestehend aus FILL, TU GRAZ, AVL und dem Automobil-Cluster Oberösterreich, wird mit dem Projekt BattBox eine wichtige Weiche für zukünftige, nachhaltige Tätigkeiten in einem aufstrebenden Zukunftsfeld gestellt. Da der Fokus bislang im Produktionssektor der Energiespeicher bzw. in deren 1st-Life Einsatz lag, wird hiermit das vorhandene Know-how auf den gesamten Batterielebenszyklus erweitert. Das europäische Vorhaben einer eigenständigen Kreislaufwirtschaft im Bereich der E-Mobilität wird somit unterstützt und durch innovative Automatisierungskonzepte die Problematik eines effizienten Batterierecyclings reduziert.

Mehrstufiges Verfahren

Das Forschungsprojekt strebt mehrstufige Verwertungskonzepte an. Aufgrund der nicht vorhandenen Standardisierungen was Chemie, Design und Zerlegbarkeit betrifft, soll ein breites Spektrum an möglichen Prozessen erarbeitet werden. In jeder Prozessstufe wird eine Diagnose und Zerlegung der freigelegten Komponenten durchgeführt, um sie nach wirtschaftlichen und sicherheitskritischen Aspekten zu prüfen. Durch strukturiertes und zerstörungsfreies Vorgehen soll eine deutliche Produktintensivierung der ursprünglichen Batterie erreicht werden. Werden Stoffe bis zum Recycling bearbeitet, werden hochwertige und unvermischte Rohstofffraktionen mit maximaler Wiederverwendung gewonnen.

Lösungsansätze

Analyse der Konstruktion aktuell verbreiteter Batteriesysteme hinsichtlich Werkstoffe, Verbindungstechnik, Baugruppen und Geometrien;
Gefahrenanalyse und Sicherheitskonzepte, um sicherheitskritische Randbedingungen und Einflussgrößen zu identifizieren;
Ableitung von Prozessen und Anwendungsempfehlungen;
Machbarkeitsstudie und Erarbeitung von Prozessen auf Labor-Ebene betreffend der Funktionseinheiten Batteriepack, Batteriemodul und Batteriezelle nach technischen, kostenrelevanten und ökologischen Gesichtspunkten;
Entwicklung eines morphologischen Baukastensystems für ein kreislauffähiges Produktdesign;
Aufbau einer Demonstratorzelle im Labormaßstab;
Entwicklung einer Datengrundlage zur Bewertung der potenziellen Umwelt-, Energie- und CO2-Wirkungen der unterschiedlichen Prozesse;
ECO-Design: Handlungsempfehlungen für den zukünftigen Aufbau von Batteriesystemen für optimierte Recyclingprozesse sowie Anforderungskatalog und Strategien für industrielle Priorisierung von Batterie-Handling-Prozessen

Projektpartner

FILL

FILL ist eine führende Ideenfabrik für Produktionssysteme in den Geschäftsfeldern Automotive, Aerospace, Sport, Energie, Holz & Bau. Die Produkte umfassen Anlagen in den Bereichen Gießereitechnik, Metallzerspanung, Holzbearbeitung und Kunststoff. FILL verfügt mit einer eigenen F&E Abteilung mit ausgewählten Experten aus den Fachgebieten Konstruktion, Prozess-Simulation, Anlagenplanung und Modellbildung sowie modernsten Arbeitsplatzausstattungen über die Ressourcen das BATTBOX-Projekt professionell abzuwickeln. Es ist ein eigenes BATTERY INNOVATION TECHNOLOGY TRANSFER LAB vorhanden, wo Prozesse des Batterie-Handlings und -Recyclings umfassend analysiert werden können. Fill ist neben der Konsortialführung für die Machbarkeit der Prozesse auf Laborebene betreffend der Funktionseinheiten Batterie-Pack, -Modul und -Zelle verantwortlich.

TU Graz – Institut für Fahrzeugsicherheit (VSI) und Institut für Fertigungstechnik (IFT)

Das IFT ist seit der Veränderung des Automobilsektors in Richtung E-Mobilität an F&E-Projekten im Batteriesektor beteiligt. Know-how existiert in der Batteriemodulproduktion und beim Handling und Testen von Batteriezellen. Kernkompetenz sind trennende Fertigungsverfahren sowie Industrie 4.0-Themen.

Mit dem Batteriesicherheitszentrum (BSCG) steht dem VSI ein Labor zur Charakterisierung von elektrischen Energiespeicher-Systemen zur Verfügung. So kann das kritische Belastungsniveau (mechanisch, thermisch, elektrisch) ermittelt werden, bei dem mit einem Versagen zu rechnen ist. Daraus lassen sich Prozessparameter ableiten, um das Risiko beim Zerlegeprozess zu minimieren. Im Laborumfeld des BSCG können Schutzmaßnahmen gegen Zell- und Modulbrände untersucht und Methoden zur Bewertung von Sicherheits- und Gesundheitszuständen von Zellen (sog. SoS bzw. SoH) entwickelt und validiert werden, um eine wissensbasierte Entscheidung über die Weiterverwendung oder Fraktionierung von Batterien zu ermöglichen.

AVL

Mit mehr als 11000 MitarbeiterInnen ist AVL das weltweit größte, unabhängige Unternehmen für Entwicklung, Simulation und Testen von Antriebssystemen in der Automobilbranche. AVL entwickelt innovative Systeme zur CO2-Reduktion und erreicht dies durch den Einsatz einer Multi-Energieträger-Strategie – von hybriden bis zu batterieelektrischen und Brennstoffzellen-Technologien. Gemeinsam mit Experten aus 26 Ländern und mit 45 Kompetenz- und Entwicklungszentren weltweit treibt AVL nachhaltige Mobilitätstrends für eine umweltbewusste Zukunft voran. AVL unterstützt das Projekt mit Know-How aus dem Bereich Design-for-Assembly von Batteriesystemen. Ergänzend dazu werden Konzepte und Richtlinien für ein Design-for-Disassembly, Design-for-Reuse und Design-for-Recycle entwickelt. Alle vorliegenden Konzepte und Designs werden in ein gesamtheitlich kreislauffähiges Batterie-Ökosystem überführt.

Automobil-Cluster

Der AC hat das Ziel den Wirtschafts-Standort Österreich zu stärken und die Kompetenz im Mobilitätsbereich durch Dissemination von innovativen Ansätzen zu erhöhen. Er unterhält ein internationales Netzwerk mit OEM und Tier1 Partnern und nimmt aktuell eine stark ansteigende Nachfrage nach nachhaltigen Produkten im Fahrzeugbau wahr. Innerhalb des Projekts ist der Automobil-Cluster für die Verbreitungs- und Kommunikationsaktivitäten verantwortlich, um die Wirkung von BattBox auf industrieller und öffentlicher Ebene zu maximieren.

Eckdaten Förderung

Fördergeber: FFG / Mobilität der Zukunft
Projektvolumen: EUR 1,96 Mio.
Laufzeit: 1. Jänner 2023 - 31. Dezember 2025

News

>> Fortschritt beim Batterie-Recycling | 18.01.2024

Dieses Projekt wird aus Mitteln der oö. Wirtschafts- und Forschungsstrategie #upperVISION2030 vom Land OÖ gefördert.

Die FTI-Initiative Kreislaufwirtschaft ist eine Forschungs-, Technologie- und Innovationsinitiative des Bundesministeriums für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität Innovation und Technologie (BMK). Es wird im Auftrag des BMK von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) abgewickelt.