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Wie kann Europa Graphit für Lithium-Ionen-Batterien sauberer, energie?rmer und unabh?ngiger von au?ereurop?ischen Lieferketten herstellen – und zugleich mehr Recyclingmaterial nutzen? In einem neuen Verbundprojekt entwickeln Partner aus Industrie und Forschung entlang der gesamten Prozesskette neue Technologien für die Aufbereitung von natürlichem und recyceltem Graphit. Die Friedrich-Schiller-Universit?t Jena übernimmt dabei die Entwicklung und systematische Bewertung eines neuartigen Reinigungsverfahrens mit Chlorgas als potenziell umweltfreundlichere Alternative zu etablierten Verfahren.
Das Vorhaben mit dem Titel ?USE-G: Environmentally Friendly and Safe Graphite Extraction for Europe’s Battery Industry? hat ein Gesamtbudget von 1,7 Millionen Euro und wird überwiegend durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gef?rdert. Die F?rderung hat eine Laufzeit von drei Jahren.
Graphit ist ein zentraler Bestandteil von Lithium-Ionen-Batterien: In der Anode macht er einen erheblichen Anteil der aktiven Materialien aus. Für die industrielle Veredelung zu batterietauglichem Material – insbesondere Reinigung, Beschichtung sowie Formgebung – ist Europa bislang stark abh?ngig von au?ereurop?ischen Technologien und Lieferketten. USE-G will hier ansetzen und eine europ?isch kontrollierte Prozessroute demonstrieren, die ohne besonders problematische Chemikalien auskommt, den Energiebedarf senkt und Recyclingstr?me st?rker integriert.
Die Universit?t Jena leitet im Projekt die Arbeiten an einer chlorbasierten Reinigung von Graphit bei erh?hten Temperaturen. Ziel ist es, eine Methode zu prüfen, die im Vergleich zur Reinigung mit Flusss?ure als sauberere Alternative gelten k?nnte und gleichzeitig weniger energieintensiv sein soll als Hochtemperatur-Verfahren, die in Teilen der Industrie eingesetzt werden. Obwohl chlorbasierte Reinigungsans?tze in anderen Anwendungen bekannt sind, wurde ihr Potenzial für natürliche und recycelte Graphitstr?me bislang nicht umfassend untersucht. Im Projekt wird die Technik deshalb erstmals systematisch für beide Materialquellen bewertet.
?Unser Fokus ist es, die Reinigung mit Chlorgas bei erh?hten Temperaturen als sauberere Alternative zur Flusss?ure und als weniger energieintensive Option als die thermische Reinigung zu erforschen. Diese Arbeiten k?nnten Europa neue Wege er?ffnen, um Umweltwirkungen zu reduzieren, ohne die Materialqualit?t zu beeintr?chtigen?, sagt Dr. Martin Oschatz, Professor am Center for Energy and Environmental Chemistry der Friedrich-Schiller-Universit?t Jena.
Parallel zur Reinigungsentwicklung arbeitet der Industriepartner H.C. Starck Tungsten GmbH an der Rückgewinnung von Graphit aus der sogenannten ?Black Mass?, die bei der Batterie-Recyclingkette entsteht. Obwohl Graphit einen erheblichen Anteil der Black Mass ausmacht, wird er bislang kaum wiederverwendet. Ziel des Projekts ist es, Graphit, der in konventionellen Verfahren h?ufig verloren geht, künftig aufzubereiten und erneut in die Lieferkette einzuspeisen und damit zu einer echten Kreislaufwirtschaft beizutragen.
Ein weiteres beteiligtes Unternehmen, die Rain Carbon Germany GmbH, entwickelt zudem neue, nachhaltigere Kohlenstoff-Beschichtungsmaterialien und dazugeh?rige Prozesse, um die elektrochemische Leistungsf?higkeit der Graphit-Anoden zu verbessern und den ?kologischen Fu?abdruck der Herstellung zu verringern.
Die kanadische Firma Northern Graphite liefert natürliches Graphitmaterial und übernimmt im Rahmen des Projekts unter anderem Mahl-, Formgebungs- und Batterie-Testarbeiten. In der Projektlaufzeit werden natürlicher und recycelter Graphit zun?chst getrennt verarbeitet, um Referenzwerte für Reinheit und Performance zu ermitteln. In einem sp?teren Schritt prüfen die Partner, ob sich beide Str?me zu einem gemeinsamen Anodenmaterial mischen lassen – mit dem Ziel, ein europ?isches Produkt zu entwickeln, das perspektivisch von Zell- und Batteriezellherstellern qualifiziert werden kann. Die Arbeiten finden in Deutschland an den Standorten der jeweiligen Partner statt.