Grundlagenforschung zur grünen und effizienten Gewinnung und Regeneration von Lithium-Eisen-Phosphat-Kathodenmaterialien

• Antragsteller: Professor Dr. Jan J. Weigand
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392417756

Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) dominieren den Batteriemarkt als Energiespeicher aufgrund ihrer spezifischen Energiedichte, um so die Elektrifizierung von Fahrzeugen und die groß-angelegte Speicherung von erneuerbaren Energien zu unterstützen. Allerdings stehen derzeit keine effiziente Recycling-Methode zur Verfügung. Da die beträchtlichen Mengen an verbrauchten LIBs eine potenzielle Gefährdung für die Umwelt darstellt und einen erheblichen Verlust an wertvollen Ressourcen bedeutet, wird die Entwicklung der Chemie von LIBs und die Entwicklung zum Recycling von verbrauchten LIBs vorangetrieben. In diesem Projekt soll ein neues Verfahren zum Recycling von Lithiumeisenphosphat (LiFePO4 oder LFP) Elektrodenmaterialien aus verbrauchten Energiebatterien erarbeitet werden. Um die Machbarkeit, die Kosteneffizienz, die hohe Extraktionseffizienz und die Robustheit des regenerierten LFP zu erreichen, wird eine möglichst kurze hydrometallurgische Recyclingroute mit direkter Phosphorsäurelaugung zur Regeneration von aktivem LFP mit ausreichend hoher Li-Ionenspeicherfähigkeit für LIBs-Einbauten angestrebt. Weiterhin wird das molekulare Design von neuartigen ditopischen Extraktionsmitteln untersucht, die die Bindung von sowohl Lithium als auch Phosphat als Ionenpaar ermöglichen. Dieser Ansatz ermöglicht eine state-of-the-art Trennung der Verunreinigungen vom anorganischen Li-Salze Produkt in hoher Qualität. Durch Kombination von wissenschaftlicher Forschungskompetenz werden in diesem chinesisch-deutsche Projekt die Vorteile der Extraktionstechniken mit fortgeschrittener molekularer und synthetischer Chemie auf deutscher Seite mit der Kompetenz der Hydrometallurgie der chinesischen Seite vereinigt. Die Forschungskooperation umfasst die Kinetik der Auslaugung, den intrinsischen molekularen Mechanismus neuer Extraktionsmittel, die Größenmanipulation von regeneriertem LFP und die Optimierung der Betriebsparameter für den gesamten Recyclingprozess. Die mit der damit verbundenen Produktgestaltung und Industrialisierung vorgeschlagene Hydrometallurgie-Extraktionsstrategien, wird die nachhaltige Entwicklung erneuerbarer Energien und den umfangreichen Einsatz von LIBs nachhaltig unterstützen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Dr. Shili Zheng