Schlüssel zur effizienten Batterieproduktion und ‑recycling

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.