Der Bedarf an Lithium-Ionen-Batterien ist groß und wird weiter steigen, da sie in wesentlichen Bereichen wie Smartphones und Elektroautos unseren Alltag prägen. Mit zunehmendem Einsatz wächst auch der Bedarf an Wiederverwertungsprozessen, da Batterien wertvolle Rohstoffe enthalten, die dem Kreislauf wieder zugeführt werden sollten. Dieses Thema wird in etwa 10 bis 15 Jahren wichtig sein, wenn die Batterien der heute genutzten Elektroautos ihren Dienst getan haben. Bei der Herstellung des Speichermaterials ist die Einhaltung einer genauen Rezeptur entscheidend, ebenso wie der richtige pH-Wert, der auch beim Recycling der Batterie eine zentrale Rolle spielt und präzise sowie stabil eingestellt sein muss. Die Dosierpumpen von ProMinent und die Mess- und Regeltechnik des Unternehmens sorgen für zuverlässige Produktionsabläufe.
Bei der Herstellung von Batterien sind Energiespeicher mit hoher Energiedichte sowie Zyklenfestigkeit und Lebensdauer gefragt. Zu den wichtigsten Speichermaterialien für Batterien, die diese Anforderungen erfüllen, gehören Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxide. Diese ermöglichen es, größere Mengen an Energie zu speichern und die Batteriekapazität zu erhöhen.
Dosierpumpen für Produktionsparameter in der Precursor-Produktion
Um das Lithium-Kobalt-Nickel-Mangan-Mischoxid – den sogenannten Precursor als Vorprodukt für die Beschichtung der Kathodenfolie – herzustellen, ist eine genaue Einhaltung der Rezeptur entscheidend, da dadurch die Batterie-Performance beeinflusst wird. Hier sorgen die Dosierpumpen von ProMinent für die nötige Präzision und zeichnen sich durch ihre Vielfältigkeit für unterschiedlich große Anwendungsbereiche aus. Sie können direkt über die integrierte Elektronik oder über ein BUS-System angesteuert werden. Für die Precursor-Herstellung werden je nach erforderlichen Mengen die langlebigen Magnet-Membrandosierpumpen gamma/ X (bis 45 Liter pro Stunde) und gamma/ XL (bis 80 Liter pro Stunde) eingesetzt, die sich durch eine schnelle Ansprechzeit auszeichnen. Bis zu einem Volumen von 1.000 Liter pro Stunde empfehlen sich die Motor-Membrandosierpumpen aus der sigma-Familie, die dank patentierter Mehrschicht-Sicherheitsmembran eine hohe Prozesssicherheit gewährleisten und einen einfachen Bedienkomfort bieten. Bei viskosen Produkten oder größeren Dosiermengen bis zu 65.000 Liter pro Stunde fällt die Wahl oft auf die Schlauchdosierpumpen von ProMinent. Diese sind selbstansaugend und haben keine Schwierigkeiten mit ausgasenden Medien. Außerdem zeichnen sie sich durch eine einfache Bedienung dank durchdachter Schlauchwechselprozesse aus und die Dosiergenauigkeit beträgt je nach Medium bis zu ±1 %.
Eingestellter pH-Wert ist entscheidend
Neben der Rezeptur sind auch die Prozessbedingungen von Bedeutung. Die Temperaturführung und ein optimal eingestellter pH-Wert beeinflussen die Produktqualität der Batterie. Über die pH-Wert-Einstellung wird erreicht, dass die Einzelstoffe in einer Lösung gemeinsam Kristalle bilden. „Die Mess- und Regelsysteme sowie die pH-Sensoren von ProMinent stellen sicher, dass der erforderliche Wert genau kontrolliert wird und bei Bedarf über angeschlossene Dosierpumpen nachgeregelt wird. Das ist notwendig, wenn sich durch die Reaktionsprodukte der pH-Wert leicht ändert. Dann müssen Natronlauge und Ammoniumhydroxid präzise und reproduzierbar über Dosierpumpen zugeführt werden, um ihn stabil zu halten“, erklärt Bekir Bayraktar, Global Direktor — Power & Energy und Projektgeschäft bei ProMinent. Reibungslose Prozessabläufe werden durch das Mess- und Regelgerät DULCOMETER von ProMinent ermöglicht, das durch robuste Technik alle Parameter im Sollbereich hält und durch ein übersichtliches Display einfach zu bedienen ist. Je nach erforderlicher Menge werden die Magnet-Membrandosierpumpe gamma/ X oder die Motor-Membrandosierpumpen sigma X angeschlossen. Die DULCOTEST pH-Sensoren sorgen auch in anspruchsvollen Umgebungen mit einem Überschuss an Schmutz und Schwebstoffen für die genaue und stabile Messung und Kontrolle. Sie weisen zudem eine hohe Temperatur- und Druckbeständigkeit auf. Die Genauigkeit und die hohe Reproduzierbarkeit der ProMinent-Pumpen, kombiniert mit den präzisen pH-Sensoren und Reglern, gewährleisten zuverlässige Produktionsabläufe. Da alles von demselben Hersteller kommt, sind alle Komponenten einfach zu kombinieren und gut aufeinander abgestimmt.
Sukzessive pH-Wert-Änderung löst Metalle aus Altbatterien
Neben der Herstellung wächst auch der Bedarf an Verwertungsprozessen für Lithium-Ionen-Batterien. Effiziente Prozesse werden stetig weiterentwickelt, um natürliche und kritische Ressourcen zu schonen, wertvolle Rohstoffe zurückzugewinnen, die Abhängigkeit von Materialimporten zu verringern und die problematische Entsorgung zu reduzieren. Zudem müssen gesetzliche Anforderungen mit immer höheren Recyclingquoten erfüllt werden. Das hydrometallurgische Verfahren gilt derzeit als die geeignetste Methode für das Recycling von gebrauchten Lithium-Ionen-Batterien. Auch hier spielt der pH-Wert eine wichtige Rolle.
Im aufwendigen Recyclingprozess werden die Batterien zunächst entladen, manuell demontiert, geschreddert und die einzelnen Teile in einem Trennverfahren separiert. Mithilfe chemischer Reaktionen, bei denen die Stoffe durch Zugabe von Chemikalien herausgelöst werden, lässt sich die sogenannte Schwarzmasse gewinnen. Sie enthält Stoffe wie Nickel, Mangan, Kobalt und Lithium. „Um diese in einem weiteren chemischen Schritt einzeln herauszulösen, ist eine genaue Steuerung des pH-Wertes entscheidend. Dieser wird unter Zugabe entsprechender Stoffe über Dosierpumpen schrittweise verändert, um die einzelnen Metalle aus dem Herstellungsprozess in mehreren Stufen als Hydroxide wieder zu gewinnen“, erklärt Bekir Bayraktar. ProMinent bietet auch hier passende Lösungen mit Motor-Membrandosierpumpen aus der sigma/ X‑Familie sowie den entsprechenden Sensoren.