News & Events Archiv - Seite 4 von 21 - Helmholtz-Institut Ulm

Dr. Anjass, Forschungsgruppenleiterin am Helmholtz-Institut Ulm und wissenschaftliche Mitarbeiterin im Exzellenzcluster POLiS, wurde als Stipendiatin der Christiane Nüsslein-Volhard-Stiftung ausgewählt. Sie erhält für ein Jahr eine monatliche Förderung von 500 Euro.

Nach ihrem Bachelorabschluss an der Universität Birzeit und einer drauffolgenden Tätigkeit als Lehrassistentin, emigrierte die gebürtige Palästinenserin 2013 nach Ulm. Seit Juli 2020 leitet Dr. Anjass eine Forschungsgruppe am Helmholtz-Institut Ulm, die sich auf die Entwicklung neuartiger nanostrukturierter Materialien und deren Einsatz in Anwendungsbereichen von globaler sozioökonomischer Relevanz wie Energieumwandlung/-speicherung oder Katalyse fokussiert.

Die Christiane Nüsslein-Volhard-Stiftung wurde 2004 gegründet und unterstützt talentierte junge Wissenschaftlerinnen mit Kindern, um ihnen den Freiraum und die Mobilität, die sie für eine wissenschaftliche Karriere benötigen, zu ermöglichen. Es werden Mittel zur Verfügung gestellt, die eine Entlastung im Haushalt und bei der Kinderbetreuung ermöglichen sollen.

In diesem Jahr beteiligte sich das Helmholtz-Institut Ulm gemeinsam mit dem Exzellenzcluster POLiS am Girls’Day der Universität Ulm. Der Aktionstag soll Mädchen und Frauen motivieren, technische und naturwissenschaftliche Berufe zu ergreifen. Für die Ulmer Batterieforschung bietet es die Gelegenheit, Karrierewege in typischen „Männerberufen“ (Chemie, Physik, Maschinenbau, etc.) auch Mädchen und jungen Frauen zu präsentieren.

Vier Schülerinnen besuchten die POLiS-Forschungslabore in der Lise-Meitner-Straße im Ulmer SciencePark. Dort zeigte Doktorandin Monika Vogler die neuen MAP-Anlagen („Materials-Acceleration-Platform“), bei denen Batteriematerialien per Hochdurchsatzforschung vollautomatisiert per Robotik erforscht und optimiert werden.

Die Jugendlichen zeigten sich hochinteressiert und konnten in einer Fragerunde Frau Prof. Dr. Birgit Esser nach Berufschancen innerhalb der Batterieforschung und der Wissenschaft befragen.

Forschende des KIT und der EnBW haben ein Lithium-Ionen-Sieb für geothermale Solen gezeigt: Lithium-Gewinnung kann Stromerzeugung und Wärmebereitstellung ergänzen. Geothermie ermöglicht nicht nur eine nachhaltige Strom- und Wärmeversorgung, sondern nebenbei auch eine regionale Lithium-Gewinnung. Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der EnBW haben ein Lithium-Ionen-Sieb aus einem Lithium-Mangan-Oxid hergestellt und zur Adsorption von Lithium aus geothermalen Solen eingesetzt. Das Nutzen heimischer Lithium-Quellen kann künftig dazu beitragen, dem steigenden Bedarf an dem als Energiespeichermaterial unverzichtbaren Leichtmetall zu begegnen. Die Forschenden berichteten in der Zeitschrift Energy Advances, die die Arbeit nun als eines der „Outstanding Paper 2022“ würdigt. (DOI: 10.1039/d2ya00099g)

Eine nachhaltige Energieversorgung erfordert leistungsfähige Energiespeicher. Dabei ist Lithium nicht mehr wegzudenken – das Leichtmetall steckt in Batterien vieler technischer Geräte und Fahrzeuge, von Smartphones über Notebooks bis hin zu Elektroautos. In den vergangenen Jahren ist die Nachfrage weltweit stark gestiegen. Europa ist bis jetzt auf Importe angewiesen. Allerdings gibt es auch europäische Lagerstätten für Lithium, nämlich Thermalwässer in einigen Kilometern Tiefe. Sie enthalten hohe Konzentrationen an Lithium-Ionen. So lassen sich Geothermieanlagen, die heißes Wasser aus der Tiefe fördern, nicht nur zur nachhaltigen Strom- und Wärmeversorgung, sondern nebenbei auch zur umweltverträglichen regionalen Lithium-Gewinnung nutzen.

„Je nach geologischem Ursprung enthalten geothermale Solen zwischen 0,1 und 500 Milligramm Lithium pro Liter“, erklärt Professor Helmut Ehrenberg, Leiter des Instituts für Angewandte Materialien – Energiespeichersysteme (IAM-ESS) des KIT. So wurden im Norddeutschen Becken Lithium-Konzentrationen bis zu 240 Milligramm pro Liter gemessen, im Oberrheingraben bis zu 200 Milligramm pro Liter. „Die Gewinnung von Lithium aus geothermalen Solen stellt allerdings eine große Herausforderung dar, weil die Lithium-Ionen mit vielen anderen Ionen konkurrieren“, erläutert Ehrenberg.

Eine vielversprechende Möglichkeit, Lithium aus heißem Tiefenwasser zu gewinnen, ist die Adsorption, das heißt die Anlagerung von Lithium-Ionen an der Oberfläche von porösen Feststoffen. Dazu bedarf es geeigneter Adsorbentien, die nicht nur lithium-selektiv sind, sondern sich auch umweltverträglich herstellen, einsetzen und entsorgen lassen, sowie geeigneter Desorptionslösungen, um die Lithium-Ionen wieder vom Adsorbens zu lösen. Forschende vom IAM-ESS des KIT haben zusammen mit dem Bereich Forschung & Entwicklung der EnBW Energie Baden-Württemberg AG sowie Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern vom Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT und der Hydrosion GmbH ein Lithium-Ionen-Sieb hergestellt und im Labor getestet. Darüber berichten sie in der Zeitschrift Energy Advances. Ihre Publikation wurde vom Herausgeberteam in die Sammlung „Energy Advances – 2022 Outstanding Papers“ aufgenommen.

Das vorgestellte Lithium-Ionen-Sieb basiert auf einem Lithium-Mangan-Oxid mit einer speziellen, als Spinell bezeichneten Kristallstruktur. Die Forschenden stellten es über hydrothermale Synthese her, bei der Substanzen aus wässrigen Lösungen bei hohen Temperaturen und Drücken kristallisieren. In Labortests verwendete das Forschungsteam diese Substanz, um Lithium-Ionen aus geothermaler Sole zu adsorbieren. Die Sole stammt aus der von der EnBW betriebenen Geothermieanlage Bruchsal, die zwischen Karlsruhe und Heidelberg im Oberrheingraben liegt. Dort untersucht der Bereich Forschung & Entwicklung der EnBW in verschiedenen Projekten die Lithiumförderung aus Thermalwasser.

Für die in Energy Advances publizierte Arbeit testeten die Forschenden anschließend an die Adsorption von Lithium verschiedene Desorptionslösungen, wobei Essigsäure die besten Ergebnisse brachte, was Lithium-Gewinnung und Adsorbens-Erhaltung betrifft. Allerdings kam es mit allen getesteten Desorptionslösungen, besonders mit Essigsäure, zu einer Anreicherung des Lithium-Ionen-Siebs mit konkurrierenden Ionen. Dies ist auf den hohen Mineralgehalt der Sole in Bruchsal zurückzuführen. Die Anreicherung mit konkurrierenden Ionen kann die Adsorptionskapazität für Lithium verringern.

Die weitere Forschung steht nun vor den Herausforderungen, das Lithium-Ionen-Sieb so weiterzuentwickeln, dass es sich einfacher handhaben lässt und seine Adsorptionskapazität im Prozess nur geringfügig beeinträchtigt wird, sowie das Verfahren vom Labor- zum Pilotmaßstab hochzuskalieren. Dann kann die Lithium-Gewinnung aus geothermalen Solen künftig den Aufbau einer europäischen Lithium-Versorgung unterstützen.

Als „Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft“ schafft und vermittelt das KIT Wissen für Gesellschaft und Umwelt. Ziel ist es, zu den globalen Herausforderungen maßgebliche Beiträge in den Feldern Energie, Mobilität und Information zu leisten. Dazu arbeiten rund 9 800 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auf einer breiten disziplinären Basis in Natur-, Ingenieur-, Wirtschafts- sowie Geistes- und Sozialwissenschaften zusammen. Seine 22 300 Studierenden bereitet das KIT durch ein forschungsorientiertes universitäres Studium auf verantwortungsvolle Aufgaben in Gesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaft vor. Die Innovationstätigkeit am KIT schlägt die Brücke zwischen Erkenntnis und Anwendung zum gesellschaftlichen Nutzen, wirtschaftlichen Wohlstand und Erhalt unserer natürlichen Lebensgrundlagen. Das KIT ist eine der deutschen Exzellenzuniversitäten.

Laura Herrmann, Helmut Ehrenberg, Magdalena Graczyk-Zajac, Elif Kaymakci, Thomas Kölbel, Lena Kölbel and Jens Tübke: Lithium recovery from geothermal brine – an investigation into the desorption of lithium ions using manganese oxide adsorbents. Energy Advances, 2022. DOI: 10.1039/d2ya00099g

Der Ulmer Exzellenzcluster POLiS vom Helmholtz-Institut Ulm präsentierte sich gemeinsam mit der Forschungsplattform CELEST vom 17. bis 21. April auf einem Stand am Baden-Württemberg Bereich auf der diesjährigen Hannover Messe. Thematische Schwerpunkte der Messe sind in diesem Jahr CO2-neutrale Produktion, Energiemanagement, KI und Wasserstoff.

Die Hannover Messe (HM) ist mit 250.000 Besuchern eine der weltweit größten Fachmessen, die sich dem Thema Industrieentwicklung widmet. Sie wird von der Deutschen Messe AG veranstaltet und findet auf dem Messegelände in Hannover statt. Dort stellen 6.500 Firmen und Organisationen ihre Produkte und Entwicklungen aus.

Aufgrund der wachsenden Elektromobilität werden Lithium-Ionen-Batterien (LIB) in immer größerem Maßstab produziert, was zu einer großen Kostenreduktion und neuen Möglichkeiten für deren Einsatz in Energiespeichern auf Netz- und/oder Haushaltsebene führt. Bis 2040 wird erwartet, dass die Anzahl der Elektrofahrzeuge um zwei bis drei Größenordnungen zunehmen wird und die stationäre Speicherung bis zu 1.300 GWh erreichen kann.

Dies führt zu Bedenken hinsichtlich der zukünftigen und langfristigen Verfügbarkeit und Kosten kritischer Rohstoffe (insbesondere Kobalt, Nickel, Kupfer und Lithium), die in LIB eingesetzt werden. Obwohl LIB hervorragend für die Anwendung in der Elektromobilität geeignet sind, benötigen Deutschland und Europa zusätzlich neue zuverlässige, nachhaltige und kostengünstige Batterien für die stationäre Speicherung. In einem solchen Szenario sind Natrium-Ionen-Batterien mit wässrigen Elektrolyten eine attraktive Alternative.

Das Helmholtz-Institut Ulm des Karlsruher Instituts für Technologie koordiniert das neue Forschungs¬projekt „NaSS“ (Wässrige Natriumbatterien für kostengünstige und nachhaltige Stationäre EnergieSpeicherung, FKZ 03XP0490), das vom BMBF im Rahmen des Programms Batterie 2020 Transfer finanziert wird. Das Projekt zielt darauf ab, eine neuartige wiederaufladbare wässrige Na-Ionen-Zellenchemie zu demonstrieren, die auf unkritischen Rohstoffen basiert.

Der ganzheitliche Ansatz des Projekts umfasst die Modellierung, Synthese und Charakterisierung neuer Materialien sowie deren Validierung in Prototypzellen. In Zusammenarbeit mit dem Projektpartner Forschungszentrum Jülich werden neuartige gemischtleitende Elektrodenmaterialien auf Basis von gut verfügbaren Metallbestandteilen entwickelt und getestet. Diese werden es ermöglichen, das verbesserte Stabilitätsfenster der Wasser-in-Salz-Elektrolyte, die aus nicht fluorierten, kostengünstigen Natriumsalzen bestehen, voll auszunutzen. Schließlich wird das erworbene Know-how für die Herstellung sehr dicker Elektroden mit hoher Flächenkapazität genutzt, die in einem kleinen Demonstrationsprototyp im Labormaßstab eingesetzt werden sollen.

Als Ergebnis des Projekts soll neben der funktionierenden Na-Ionen-Niedertemperatur-Batterie eine industrialisierbare, technologische Prozesskette vom Material bis zur Batteriezelle gemeinsam mit dem Industriebeirat (Schott AG, BMZ GmbH und Hanwha Q CELLS GmbH) entwickelt werden, für einen innovativen und umweltfreundlichen stationären Energiespeicher „Made in Germany“.

Lithium-Ionen-Batterien: Neues, umweltfreundliches Verfahren für die industrielle Herstellung von nickelreichen Kathoden: Das ZSW (Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg), ein Partner-Institut des HIU, produziert wasserbasierte Elektroden und Zellen im Pilotmaßstab.

Heutige Hochleistungs-Lithium-Ionen-Batterien bestehen ausnahmslos aus Materialien mit einem großen Nickelanteil in der Kathodenmasse, um die Energiedichte zu erhöhen. In der Herstellung kommen dabei giftige Lösungsmittel und fluorhaltige Chemikalien zum Einsatz. Das ZSW hat nun die industrielle Produktion der Kathoden mit umweltfreundlichen und kostengünstigen Alternativen auf den Weg gebracht: Die Forschenden in Ulm ersetzten das giftige Lösungsmittel NMP durch Wasser und fanden einen Ersatz für fluorhaltige Binder. Anschließend gelang die Herstellung der nickelreichen Kathoden mit hoher spezifischer Energie und Langlebigkeit im produktionsnahen Pilotmaßstab. Die so hergestellten Elektroden wurden in Rundzellen vom Typ 21700 verbaut. Nach 1.000 Lade-/Entladezyklen wiesen sie noch 80 Prozent der Anfangskapazität auf und sind damit für den Einsatz in Batteriefahrzeugen geeignet.

In den vergangenen Jahren gab es im Labormaßstab beachtliche Fortschritte bei der wasserbasierten Herstellung von Elektroden, die nickelreiche Aktivmaterialien enthalten. Einen Nachweis der Machbarkeit in einem produktionsnahen Maßstab gab es jedoch noch nicht. Dies ist dem ZSW nun gelungen.

„Unsere Arbeiten sollen die Herstellung von Elektroden in Lithium-Ionen-Batterien verbessern und umweltfreundlich machen, ohne die Leistung der Batterien zu beeinträchtigen“, so Prof. Dr. Markus Hölzle, Leiter des ZSW Geschäftsbereich in Ulm. „Dabei spielt die Substitution von giftigen Lösungsmitteln und biologisch nicht abbaubaren fluorhaltigen Chemikalien eine wichtige Rolle.“

Im Rahmen der Forschungsarbeiten hat das ZSW das Standard-Lösemittel NMP sowie das Binder-Gemisch PVDF mit einer wässrigen Formulierung ersetzt. Dadurch werden neben den positiven ökologischen Aspekten auch die Kosten bei der Zellfertigung gesenkt. Startpunkt waren eigene Arbeiten im Milliliter-Maßstab.

Nun konnten die Forschenden erstmals erfolgreich auch Elektroden von rund 100 Meter Länge herstellen. Hierzu wurden die vorentwickelten Materialien im Kilogramm-Maßstab eingesetzt. Dieser sogenannte Pilotmaßstab gilt als Schlüsselschritt bei der Übertragung von Labor (Milliliter) in die großtechnische Anwendung (Kubikmeter bzw. Tonnen). Das ZSW konnte mit den 100 Meter langen Elektrodenbändern auch erstmalig vollwertige zylindrische Batteriezellen des Formats 21700 produzieren. Dieses Zellformat setzt etwa der Autobauer Tesla in seinem Model 3 ein. Diese Batterien sind aber auch für den Einsatz im E-Bike geeignet. Die Übertragung des Prozesses auf weitere Zellformate wird folgen.

Die mit dem neuen Verfahren hergestellten Batterien beinhalten ein hochaktives Kathodenmaterial mit 83 Gewichtsprozent Nickel und auf der Gegenseite, dem Minuspol beziehungsweise der Anode, Graphit. Die Zellen konnten erfolgreich bei 25 Grad Celsius 1.000-mal geladen und entladen werden, bevor sie den Energieinhalt von 80 Prozent unterschritten. Ausgedrückt in Kilometern würde dies bei heute typischen Batteriegrößen in Elektrofahrzeugen mindestens 200.000 Kilometern entsprechen.

„Mit unserem neuen Produktionsverfahren verringern wir den ökologischen Fußabdruck von Lithium-Ionen-Batterien deutlich“ ergänzt Dr. Margret Wohlfarth-Mehrens, die als Fachgebietsleiterin für die Arbeiten verantwortlich war und ebenfalls eine Forschungsgruppe am HIU leitet. „Nachdem bei den Anoden bereits seit vielen Jahren auch im industriellen Maßstab mit Wasser als Lösungsmittel gearbeitet wird, haben wir das nun auch bei den Kathodenmaterialien geschafft. Der Einsatz von Wasser ermöglichet neben dem Wegfall von giftigen Lösungsmitteln auch die Nutzung von nichtfluorierten Bindern, was das Recycling von Batterien deutlich vereinfacht.“

Lithium-Ionen-Batterien sind der zentrale Baustein für den Wandel hin zur Elektromobilität. Ihre Performance wird fast ausschließlich von den verbauten Materialien bestimmt. Um Innovationen in den Markt zu bringen, müssen Entwicklungen aus dem Labormaßstab in den Pilotmaßstab skaliert werden. Von Pilotmaßstab spricht die Wissenschaft dann, wenn alle Prozessschritte seriennahe Anforderungen erfüllen. Die Arbeiten erfolgten im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projektes DigiBatt Pro 4.0.

Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) gehört zu den führenden Instituten für angewandte Forschung auf den Gebieten Photovoltaik, regenerative Kraftstoffe, Batterietechnik und Brennstoffzellen sowie Energiesystemanalyse. An den drei ZSW-Standorten Stuttgart, Ulm und Widderstall sind derzeit rund 330 Wissenschaftler, Ingenieure und Techniker beschäftigt. Hinzu kommen 100 wissenschaftliche und studentische Hilfskräfte. Das ZSW ist Mitglied der Innovationsallianz Baden-Württemberg (innBW), einem Zusammenschluss von 12 außeruniversitären, wirtschaftsnahen Forschungsinstituten.

Weiterführende Information:

Foto: Vom ZSW hergestellte Batterieprototypen im 21700-Format mit wässrig beschichteten nickelreichen Kathoden.

Immer wieder sind Wirtschaftsvertreter und Repräsentanten verschiedenster Industrien zu Gast am HIU. Meist geht es dabei um wissenschaftliche Projekte und einen Informationsaustausch rund um elektrochemische Energiespeicher, Batterien oder neue Konzepte zu Energiewandlung und -speicherung.

Am 30. März besuchten rund ein Dutzend österreichische Vertreterinnen und Vertreter das HIU, um sich speziell über den aktuellen Stand von Natrium-Ionen-Batterien zu informieren. Dr. Dominic Bresser, Forschungsgruppenleiter am HIU, hielt einen Vortrag zu unterschiedlichsten Variationen der Batteriechemie: Dabei unterstrich der Wissenschaftler: „Es gibt nicht nur eine einzige Form der Natrium-Ionen-Batterie. Genauso wenig wie es nur eine einzige Zellchemie für Lithium-Ionen-Batterien gibt“. Elektroden- bzw. Elektrolytmaterialien können dabei laut Dr. Bresser unterschiedlichste Charakterika aufweisen: Natrium-Ionen-Batterien bestehen größtenteils aus Materialien, die als verfügbar, besonders preiswert, leistungsstark und gleichzeitig langlebig beschrieben werden. Deshalb gelten diese Batterien auch als nachhaltig. Schon in diesem Jahr rechnet Dr. Bresser mit einem industriellen Hochfahren der Natriumbatterie-Produktion.

Der Innovationsbeauftragte Franz Nickl der Handelsabteilung des Österreichischen Generalkonsulats in München hatte die Delegation zusammengebracht. Die Gruppe war durch „Advantage Austria“ zusammengekommen, der Wirtschaftsförderungsorganisation der Wirtschaftskammer Österreichs. Die Delegation besuchte ebenfalls das „E-Lab“ des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) sowie das „Batterietechnicum“ des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). Beide Einrichtungen sind Gründungsmitglieder des HIU.

Weiterführende Information:

Advantage Austria (Außenwirtschaftsorganisation der Wirtschaftskammer Österreich)

28.07.2023
Dr. María Arnaiz
Centre for Cooperative Research on Alternative Energies (CICenergiGUNE)

Forschende des HIU und des Karlsruher Instituts für Technologie haben ein preisgünstiges und umweltverträgliches Wiederverwertungsverfahren für Lithium emtwickelt. Ihre Publikation erschien jünsgt in „Nature Communications Chemistry“. Aus Batterieabfällen bis zu 70 Prozent des Lithiums zurückgewinnen, ohne dass korrosive Chemikalien, hohe Temperaturen oder eine vorherige Sortierung der Materialien erforderlich sind: Dies ermöglicht ein am KIT entwickeltes Recyclingverfahren, das mechanische Prozesse und chemische Reaktionen verbindet. Die Methode erlaubt ein kostengünstiges, energieeffizientes und umweltverträgliches Recycling unterschiedlichster Lithium-Ionen-Batterien.

Lithium-Ionen-Batterien durchdringen unseren Alltag: Sie versorgen nicht nur Notebooks und Smartphones, Spielzeug, Fernsteuerungen und andere kleine Geräte kabellos mit Strom, sondern fungieren auch als wichtigster Energiespeicher für die rasch wachsende Elektromobilität. Der zunehmende Einsatz dieser Batterien verlangt ökonomisch und ökologisch nachhaltige Methoden zum Recycling. Heute werden aus Batterieabfällen vor allem Nickel und Kobalt, Kupfer und Aluminium sowie Stahl zurückgewonnen und wiederverwertet. Die Rückgewinnung von Lithium ist derzeit noch teuer und wenig ertragreich. Die verfügbaren, meist metallurgischen Verfahren verbrauchen viel Energie und/oder hinterlassen schädliche Nebenprodukte. Demgegenüber versprechen Ansätze der Mechanochemie, die mechanische Prozesse nutzen, um chemische Reaktionen herbeizuführen, eine höhere Ausbeute bei niedrigerem Aufwand sowie mehr Nachhaltigkeit.

#Batterierecycling: 70 Prozent des #Lithiums zurückgewonnen. Forschende des KIT entwickeln preisgünstiges und umweltverträgliches mechanochemisches Wiederverwertungsverfahren. https://t.co/zCeZyMOsly pic.twitter.com/E1JmOs0p9c

— KIT Karlsruhe (@KITKarlsruhe) March 28, 2023

Geeignet für unterschiedliche Kathodenmaterialien

Ein solches Verfahren hat nun das Institut für Angewandte Materialien – Energiespeichersysteme (IAM-ESS) des KIT zusammen mit dem vom KIT in Kooperation mit der Universität Ulm gegründeten Helmholtz-Institut Ulm für Elektrochemische Energiespeicherung (HIU) und der EnBW Energie Baden-Württemberg AG entwickelt. In der Zeitschrift Nature Communications Chemistry stellen die Forschenden ihre Methode vor. Sie erreichen damit eine Rückgewinnungsrate von bis zu 70 Prozent für das Lithium, ohne dass es korrosiver Chemikalien, hoher Temperaturen oder einer vorherigen Sortierung der Materialien bedarf. „Das Verfahren eignet sich zur Rückgewinnung von Lithium aus Kathodenmaterialien unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung und damit für viele verschiedene marktübliche Lithium-Ionen-Batterien“, erklärt Dr. Oleksandr Dolotko vom IAM-ESS des KIT und vom HIU, Hauptautor der Publikation. „Es erlaubt ein kostengünstiges, energieeffizientes und umweltverträgliches Recycling.“

Reaktion läuft bei Zimmertemperatur ab

Die Forschenden verwenden für ihr Verfahren Aluminium als Reduktionsmittel in der mechanochemischen Reaktion. Da Aluminium bereits in der Kathode enthalten ist, kommt das Verfahren ohne zusätzlich zugeführte Stoffe aus. So funktioniert es: Die Batterieabfälle werden zunächst zermahlen. Dann werden sie in einer Reaktion mit Aluminium eingesetzt, um metallische Verbundwerkstoffe mit wasserlöslichen Lithiumverbindungen zu erzeugen. Das Lithium wird daraufhin zurückgewonnen, indem die wasserlöslichen Verbindungen in Wasser aufgelöst und anschließend erhitzt werden, um das Wasser durch Verdampfen zu entfernen. Da die mechanochemische Reaktion bei Umgebungstemperatur und -druck abläuft, ist das Verfahren besonders energieeffizient. Ein weiterer Vorteil liegt im einfachen Ablauf, was den Einsatz im industriellen Maßstab erleichtern wird. Denn schon in näherer Zukunft werden große Mengen von Batterien zum Recycling anfallen.

Originalpublikation (Open Access)

Oleksandr Dolotko, Niclas Gehrke, Triantafillia Malliaridou, Raphael Sieweck, Laura Herrmann, Bettina Hunzinger, Michael Knapp & Helmut Ehrenberg: Universal and efficient extraction of lithium for lithium-ion battery recycling using mechanochemistry. Communications Chemistry, 2023. https://doi.org/10.1038/s42004-023-00844-2

Der HIU-Forschungsgruppenleiter Dr. Simon Fleischmann erhält dieses Jahr ein hochdotiertes Stipendium der Daimler und Benz Stiftung. Mit ihm wurden zwölf weitere Forschende, größtenteils Postdocs und Juniorprofessor*innen, ausgezeichnet. Die Dauer der Stipendien beläuft sich auf zwei Jahre. Dr. Simon Fleischmann leitet die Forschungsgruppe „Elektrochemische Grenzflächen im Nanoconfinement“ am HIU.

Die Auszeichnung soll die berufliche Karriere gerade während der produktiven Phase nach ihrer Promotion stärken. Die Fördersumme beträgt 40.000 Euro pro Stipendium. Das Förderprogramm steht Bewerbern und Bewerberinnen sämtlicher wissenschaftlicher Disziplinen offen, es gibt keine thematischen Einschränkungen. Fleischmanns gefördertes Forschungsthema liest sich wie folgt: „Natrium ersetzt Lithium: Entwicklung neuartiger Elektrodenmaterialien für eine nachhaltigere Batteriezelle“. Bei seiner Forschung am HIU kooperiert er mit dem Karlsruher Institut für Technologie und der Reinhard Frank-Stiftung.

Congrats Simon ??? HIU PI Dr. @SFleischmann_ has received a grant from @dbstiftung. He is among 12 selected young scientists who received a scholarship from the foundation. Funding amount is 40,000 €/ scholarship for a period of 2 years. @KITKarlsruhe @uni_ulm @ClusterPolis https://t.co/hWnraBV28k

— Helmholtz Institute Ulm ???? (@HelmholtzUlm) March 23, 2023

Projektbeschreibung

Lithium-Ionen-Batterien erfahren enorme Nachfrage in E-Autos, tragbarer Elektronik oder in stationären Energiespeichern – Tendenz steigend. Während bisherige Entwicklungen meist auf die Steigerung der Energiedichte abzielten, gewinnen in Zeiten gestörter Lieferketten und Rohstoffknappheit Aspekte der Nachhaltigkeit verstärkt an Bedeutung. Ein vielversprechender Ansatz ist das Ersetzen von Lithium mit chemisch ähnlichem, aber in großen Mengen verfügbarem Natrium. Dessen größerer Durchmesser stellt jedoch besondere Ansprüche an die Elektroden, damit sie die Ionen mit hoher Reversibilität aufnehmen und abgeben können. Das Projekt von Simon Fleischmann erforscht neue Elektrodenmaterialien, welche speziell für den Natriumtransport bei schnellen Raten und mit hoher Langzeitstabilität ausgelegt werden.

Simon Fleischmann ist Materialwissenschaftler am HIU und promovierte 2018 an der Universität des Saarlandes. Im Anschluss forschte er zwei Jahre als Postdoc an der North Carolina State University und ein Jahr als Gewinner des Young Energy Storage Scientist Award und Stipendiat an der Université Paul Sabatier in Toulouse. Seit November 2021 ist er Nachwuchsgruppenleiter am Helmholtz-Institut Ulm. Bei seiner Arbeit forscht er u.a. an innovativen Materialien für Batterien und Superkondensatoren.

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Weiterführende Information:
https://www.daimler-benz-stiftung.de/cms/de/foerdern/stipendienprogramm/stipendiaten/605-stipendiaten-2023.html