Mehr Nachhaltigkeit durch den Ausweis für Batterien

Magnetpartikel-Spektroskopie ermöglicht durch die Integration von speziellen magnetischen Partikeln in Batteriezellen diese zu identifizieren und sie damit über ihren gesamten Lebenszyklus zurückzuverfolgen.  Das Entwicklungszentrum Röntgentechnik arbeitet an Lösungen, wie man die Technologie einfach, effizient und sicher nutzen kann. Die beim Verfahren gewonnenen Informationen können für eine gezielte und umweltfreundliche Wiederverwertung der Batteriematerialien genutzt werden und so einen wichtigen Beitrag zu mehr Nachhaltigkeit leisten.

Wie aber funktioniert die Technologie, mit der die Partikel identifiziert werden können, um so in die Vergangenheit der Batterie zu blicken? Daniel Haddad, Gruppenleiter am Entwicklungszentrum Röntgentechnik, gibt einen Einblick: “Für die Magnetpartikel-Spektroskopie benötigt man ein Material, das man als Kontrastmittel aus der Magnetresonanztomographie kennt: Eisenoxid-Nanopartikel". Bringt man diese Partikel in ein externes magnetisches Wechselfeld, folgen sie diesem mit ihrer Magnetisierung – was sich mit einer Empfangsspule detektieren lässt. Da die Partikel superparamagnetisch sind (also nur eine magnetische Domäne besitzen), ist das detektierte Signal nicht-linear. Deshalb erhält man nach einer Fourier-Transformation ein Spektrum. “Verschiedene Partikel haben unterschiedliche Spektren und können so verwendet werden, um Objekte mit einem spezifischen Code zu kennzeichnen” erklärt Daniel Haddad. Außerdem können Partikel so designt werden, dass ihr Spektrum Informationen über beispielsweise Beschaffenheit ihrer Umgebung und Umgebungsbedingungen liefern kann.

Wozu all das? „Aktuell haben wir beim Batterie-Recycling das Problem, dass wir sehr ineffizient vorgehen“. Meist hätten die Recycler kaum Informationen darüber, welche Materialien ihnen denn nun genau vorliegen. Mithilfe starker chemischer Mittel würden dann wichtige Elemente wie Kobalt oder Nickel herausgelöst, während der Rest oft verbrannt oder als Abfallstoff gelagert wird. „Die Hersteller wissen hingegen sehr genau, was in den Batteriezellen enthalten ist“. Diese Lücke soll mit der Magnetpartikel-Spektroskopie geschlossen werden.

Der Batteriepass als Dokumentation eines Lebenszyklus

Damit ließe sich selbst nach dem Lebensende einer Batterie, wenn diese keinen Aufkleber mehr trägt oder bereits geschreddert worden ist, eindeutig identifizieren, welches individuelle Modell aus welcher Charge vorliegt. Mithilfe der magnetischen Nanopartikel und dem spezifischen Code aus der Magnetpartikel-Spektroskopie könnten die Batterien dann einem sogenannten „Batteriepass“, wie Daniel Haddad den Eintrag in einer Datenbank nennt, zugeordnet werden. Man könnte nun feststellen, wer die Batterie wie hergestellt hat, wie sich die Zellchemie über die Nutzung hinaus entwickelt hat, und wie ein optimaler Recycling-Prozess aussehen sollte. Sogar Informationen darüber, ob man die Batterie vielleicht sogar durch Modifikationen reaktivieren könnte, wären möglich. Die Folge davon wäre eine nahezu optimale Verwertung der zahlreichen seltenen Rohstoffe, die in Batterien verbaut sind. Will man jeglichen Einfluss auf die Zellchemie vermeiden, kann man die Partikel auch z. B. außen in die Siegelnaht der Alu-Kunststofffolie der Batteriezelle einbringen. „So stören wir auch die Performance der Zelle nicht “, betont Daniel Haddad. Ein Nebeneffekt wäre die Fälschungssicherheit durch den spezifischen Code, die auch in anderen Bereichen von hoher Relevanz sein könnte. 

Die Vision: Das Entwicklungszentrum Röntgentechnik und seine Partner liefern Partikel, Auslesegerät, Software und Datenbank als Komplettpaket. Dann werden durch den Kundendie Partikel in die Materialen der Batteriezelle eingebracht, um diese zu markieren. Ab diesem Zeitpunkt hat die Batterie einen stetigen Begleiter, der auf sie aufpasst.

Beitrag von Lucas Westermann, Redakteur Fraunhofer IIS Magazin