Pure Battery: Umweltfreundlicheres Verfahren zur Herstellung von Akku-Kathoden patentiert

Die neue Technologie zur Gewinnung von Kathodenmaterial für E-Autos senkt Energieverbrauch, Kosten und CO2 – Ausstoß erheblich.

CEO Björn Zikarsky (rechts) im Labor der Pure Battery Technologys.| Foto: PBT
CEO Björn Zikarsky (rechts) im Labor der Pure Battery Technologys.| Foto: PBT
Thomas Kanzler

Pure Battery Technologies (PBT) aus Brisbane gemeinsam mit der University of Queensland zwei umweltfreundliche, kostengünstige Prozesse zur Herstellung von nickelbasierten aktiven Vorläuferkathodenmaterial für EV-Batterien zur industriellen Reife entwickelt. Die Kombination des Selective Acid Leaching (SAL) und Combined Leaching (CL) produziert das Kathoden-Material effizienter und kostengünstiger, mit wesentlich niedrigerem Energieverbrauch und mit erheblich geringerer CO2-Belastung.

Der für Batterien notwendige Metall-Mix aus Nickel, Mangan und Kobalt kommt natürlich im Erdreich vor. In den herkömmlichen Raffinerieprozessen von Metallrohstoffen oder auch Metallabfällen, der sogenannten „Black Mass“, werden die drei Metalle Nickel, Mangan und Kobalt zunächst voneinander getrennt, dann von Unreinheiten befreit und schließlich erneut zu einer passenden Mischung zusammengeführt. Dieses Verfahren mit vielen Schritten benötigt sehr große Mengen an Chemikalien, Wärme und Druck. Dass alles erfordert Energie, erzeugt CO2 und verursacht hohe Kosten.

Reinigung statt Trennung sorgt für den Unterschied

An diesem Punkt setzen die patentierten Verfahren SAL und CL an: In zwei Schritten werden aus den vorhandenen Metallkonzentraten die Verunreinigungen gelöst und die Metalle gefiltert. Für diese chemischen Prozesse kommen sehr geringe Mengen von gängigen und unschädlichen Oxidationsmitteln und Reduktionsmitteln zum Einsatz; diese werden in den Verfahren am Ende als harmlose Salze wiedergewonnen oder ausgeschwemmt. Aus dem Nickel- und Kobaltkonzentrat wird dann die passende Mischung für aktives Vorläuferkathodenmaterial produziert und kann kundenspezifisch angepasst werden.

Die bisherige Metalltrennung sowie Wiederzusammenführung entfallen. Wesentlich weniger Chemikalien, Wärme und Druck müssen eingesetzt werden. Dadurch muss weniger Energie aufgewendet werden und der CO2-Ausstoß wird auf ein Minimum reduziert. Durch die entfallenen Prozessschritte reduzieren sich zudem Kosten und Dauer der Produktion.

Verfahren für alle Metallrohstoffe und Metallabfälle geeignet

Die von PBT entwickelten Prozesse sind sowohl für die Neuproduktion von Kathodenmaterial geeignet als auch für das Recycling der „Black Mass“, also dem aus alten Batterien zurückgewonnenen Kathodenabfall. Auch für die meisten künftigen Batterien, die auf der Lithium-Ionen-Technologie basieren, sind die Verfahren einsetzbar. Hier zählen auch die bei einigen Herstellern bereits für die nächste Fahrzeuggeneration vorgesehenen, leistungsstärkeren und preisgünstigeren Feststoffbatterien.

Die beiden Verfahren SAL und CL von PBT fügen sich jeweils als fertiger Baustein in die bestehenden Wertschöpfungsketten ein. Deshalb plant PBT nicht nur den Aufbau umfangreicher, eigener Produktionskapazitäten. Vielmehr strebt das Unternehmen Partnerschaften mit seinen Kunden an.

„Wir verhalten uns zu den einzelnen Industrien wie ein Zulieferer, an den eine wichtige Tätigkeit ausgelagert wird. PBT hat die bessere und effizientere Technologie. Die Kunden, ganz gleich ob OEM, Kathoden- oder Batteriehersteller, können sich auf ihre Kernaufgaben konzentrieren“, sagt Thomas Fahrner, CEO der Pure Battery Technology Germany AG in Ettlingen.

Je höher der Nickel Anteil, desto leistungsfähiger der Akku

Somit können das Material für die Kathoden für E-Fahrzeug - Batterien wesentlich effizienter hergestellt werden. Lithium-Ionen-Akkus sind der meistverwendete Batterietyp in Elektroautos. Sie bestehen aus einer Anode, einer Kathode sowie einem Leitmedium. Die Kathode ist eine der teuersten und wichtigsten Komponenten in einer E-Auto -Batterie. Aufbau, Beschichtung und Qualität der Kathode bestimmen die Energiedichte der gesamten Batterie und damit die Leistungsfähigkeit des E-Autos. In leistungsstarken EV-Batterien werden Nickel-Mangan-Kobalt-Oxide als Kathodenmaterial verwendet. Nickel, Mangan und Kobalt werden dabei kombiniert, wobei Nickel im Verhältnis deutlich dominiert. Der Marktanteil der derzeit leistungsstärksten Batterie mit dem höchsten Nickelanteil NMC 811 (Ni:Mn:Co im Verhältnis 8:1:1) soll kontinuierlich steigen.

Rohstoffknappheit macht Recycling zwingend notwendig

Vor allem Nickel und Kobalt werden absehbar immer knapper und teurer. Zugleich steigt der Absatz an E-Autos und Fahrzeugen mit Hybridantrieb kontinuierlich an. Für die Automobil- und Batteriewirtschaft ist die sichere Versorgung mit aktivem Vorläuferkathodenmaterial daher von entscheidender Bedeutung. Neue Quellen für die Versorgung mit Primärrohstoffen und zugleich das Recycling von Altmaterial werden dabei langfristig eine zentrale Rolle spielen.

„Wir werden mit unseren SAL- und CL-Prozessen die Erzeugung von Kathodenmaterial sowie das Recycling revolutionieren“, ergänzt Björn Zikarsky, CEO bei PBT-Holding. „Unsere Technologie ist erheblich effizienter ist als die bisher bekannten Prozesse. Wir haben damit eine Alleinstellung am Markt und wollen die bestehenden Prozesse ersetzen. Wir bieten das Verfahren Automobilherstellern, deren Zulieferern sowie der Batteriewirtschaft und der chemischen Industrie als fertigen Baustein für ihre Produktion von aktivem, nickelbasierten Kathodenmaterial an.“

Kapazität für 1 Millionen E-Auto-Batterien

In Australien hat PBT bereits durch ein Joint-Venture mit Poseidon-Nickel Kapazitäten für die Herstellung von bis zu einer Millionen Batterien bis 2024 geschaffen. Mit der Übernahme der 1954 gegründeten Nickel-Raffinerie Königswarter & Ebell Chemische Fabrik in Hagen wurden der erste Produktionsstandort in der EU geschaffen. Dort wurden 2020 die PBT-eigenen Verfahren SAL und CL erfolgreich in Großserie und Produktkonformität getestet. Das Unternehmen will die Recycling- und Produktionskapazitäten auf bis zu 15.000 Tonnen Kathoden Material erweitern. Übersetzt in Endprodukte bedeutet das: Kathoden für Batterien von bis zu 180.000 Autos in der Größe eines VW ID3.

Was bedeutet das?

Fast alle Fahrzeughersteller setzen auf die E-Mobilität. Der Bedarf an leistungsfähigen und möglichst günstigen Energiespeichern wächst unaufhörlich. Nicht nur die Abhängigkeit von Rohstofflieferungen aus Russland und China macht es zwingend notwendig, mehr auf Recycling zu setzten.

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