SuSyPhos: Recycling und Synthese von Phosphat für Lithium-Ionen-Batterien
Mit dem Ziel, Phosphat aus bestehenden Quellen wie Abwasser oder Wirtschaftsdünger zurückzugewinnen und in Lithium-Ionen-Batterien wiederzuverwenden, ist das Forschungsprojekt SuSyPhos gestartet. Unsere Hochschule untersucht darin mit Partnern aus Industrie und Forschung den gesamten Wertschöpfungskreislauf des Rohstoffs für Lithium-Ionen-Batterien.
Das SuSyPhos-Team arbeitet daran, Phosphat aus bestehenden Quellen wie Abwasser oder Wirtschaftsdünger zurückzugewinnen und in Lithium-Ionen-Batterien wiederzuverwenden. Von links: Dr. Lenard Hanf (MEET), Dr. Christina Schmidt (Uni Münster / IfbM), Dr. Mariana Burjanadze (PTJ), Dr. Simon Wiemers Meyer, Lukas Helmer (MEET), Heinz Werner Temminghoff, Markus Lansing, Frank Zwiers (BeTeBe), Cem Hanrath (FH Münster), Benedikt Gruber (Fraunhofer FFB), Sören Kamphus (FH Münster), Dr. Daniel Slak (Fraunhofer FFB), Yves Preibisch (Technologieförderung Münster). (Foto: MEET/Dr. Adrienne Hammerschmidt)
Das Forschungsteam unserer Hochschule wählt die passenden Ausgangsmaterialien aus und trennt Phosphat von diesen ab. (Foto: FH Münster/Caroline Krob)
Lithium-Ionen-Batterien kommen unter anderem in der Elektromobilität zum Einsatz. (Foto: FH Münster/Anne Holtkötter)
SuSyPhos (kurz für: Sustainable Synthesis and Recycling of Phosphorus-containing Materials in Lithium-Ion Batteries) umfasst das Recycling von Phosphat aus Abwässern und Wirtschaftsdüngern sowie dessen Aufbereitung bis hin zum Einsatz in Batterien. „Phosphat ist ein begehrter Rohstoff, der jedoch immer knapper wird“, sagt Sören Kamphus, Mitarbeiter im Projekt am Fachbereich Energie – Gebäude – Umwelt unserer Hochschule. „Er wird zum Beispiel in Lithium-Eisenphosphat-Batterien eingesetzt. Weil diese langlebig sind und sich schnell laden lassen, kommen sie in der Elektromobilität oder als stationäre Speicher immer häufiger zum Einsatz.“, erklärt der Forschungsteamleiter Prof. Dr. Elmar Brügging vom Fachbereich Energie – Gebäude – Umwelt.
„Mit der Rückgewinnung des Phosphats aus Abwässern und landwirtschaftlichen Reststoffen wie Gülle wollen wir nun die Versorgung für die Batterieforschung und -produktion sicherstellen und gleichzeitig die Abhängigkeit von Importen verringern“, sagt Dr. Simon Wiemers-Meyer, stellvertretender Bereichsleiter des Forschungsbereichs „Analytik und Umwelt“ am MEET Batterieforschungszentrum der Universität Münster, das die Projektleitung innehat. „Gleichzeitig können wir hierdurch den aktuell zu hohen Phosphateintrag in die Umwelt reduzieren. Durch die nachhaltige Nutzung des Phosphats in Lithium-Ionen-Batterien und den verringerten Eintrag in die Umwelt kann das Projekt in doppelter Hinsicht zum Umweltschutz beitragen.“ Da die Europäische Union keine eigenen Ressourcen für Phosphat hat, gilt dieser mittlerweile als kritischer Rohstoff.
Das Projektkonsortium besteht aus dem Vredener Maschinenbauunternehmen BeTeBe, dem MEET sowie dem Institut für betriebswirtschaftliches Management (IfbM) der Uni Münster, der FH Münster und der Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle (FFB).
Unsere Hochschule wählt in Zusammenarbeit mit BeTeBe die passenden Ausgangsmaterialien aus und trennt das Phosphat von diesen ab. Das MEET Batterieforschungszentrum bereitet es im Anschluss auf und synthetisiert daraus Aktivmaterial für Lithium-Ionen-Batterien. Die Partikel werden dafür mit Kohlenstoff beschichtet, um die elektronische Leitfähigkeit zu erhöhen. Zusammen mit dem MEET charakterisiert das Team um Brügging und Kamphus an unserer Hochschule das Material und untersucht seine Zusammensetzung, Reinheit, Partikelgröße, Kristallstruktur sowie die Beschaffenheit der Kohlenstoffbeschichtung.
Um die elektrochemischen Eigenschaften des erhaltenen Lithium-Eisenphosphats zu bewerten, setzt das MEET den Rohstoff als Elektrodenmaterial ein, untersucht die entsprechenden Batteriezellen und modifiziert sie bei Bedarf. Vervollständigt wird das Projekt durch eine Ökobilanzierung und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der Fraunhofer FFB und des Instituts für betriebswirtschaftliches Management der Universität Münster. SuSyPhos wird mit rund 2,5 Millionen Euro aus dem Europäischen Fond für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.