Batterien Roboter recycelt Altbatterien von Elektromobilen sortenrein

Die ausgedienten Batterien von Elektroautos enthalten wertvolle Rohstoffe, sagen Forschende vom Fraunhofer IPA. Deshalb arbeiten sie an einer robotergestützten Möglichkeit zur Rückgewinnung derselben.

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Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Um Batterien von Elektromobilen effizienter recyceln zu können, entwickelt ein Forschungsteam vom Zentrum für Digitalisierte Batteriezellenproduktion (ZDB) am Fraunhofer IPA eine Roboterzelle, die ganz verschiedene Werkzeuge dazu benutzen kann. Das Ziel ist, dass sie alle nötigen Arbeitsschritte der Demontage ausführen kann und sich für sämtliche Batterietypen eignet, wie es weiter heißt.

Das ist der Grund für diese Forschungsarbeiten am IPA

Immer mehr Autos werden in Zukunft elektrisch angetrieben. Im letzten Jahr waren in Deutschland bereits rund 13 Prozent der Neufahrzeuge Elektromobile, teilweise aber noch in Kombination mit einem Verbrennungsmotor, sagen die IPA-Experten. Bis 2030 könnten weltweit fast 50 Millionen Elektroautos auf den Straßen unterwegs sein, wenn sich die Prognosen erfüllen.

Der Trend zur Elektromobilität ist bekanntlich dem Klimawandel geschuldet, schafft aber ein Recycling-Problem, denn es fallen immer mehr Batterien an, die irgendwann aufgearbeitet werden müssen. Weil ein Akku im Schnitt rund 10 Jahre hält, wird das Problem von Jahr zu Jahr auch noch drängender. Viele Experten suchen deshalb nach einem Weg, dieser drohenden Batterieflut Herr zu werden. Das Forschungsprojekt „Industrielle Demontage von Batterien“ („DeMoBat“), koordiniert vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, soll nun eine universell einsetzbare Möglichkeit dazu liefern.

Wiederauferstehung von Altbatterien

Die Bestandteile einer Batteriezelle sollten aber sortenrein demontiert und anschließend geprüft werden, ob sie noch gut genug für eine direkte Wiederverwendung sind. So sollen dereinst „Second-Life-Batterien“ entstehen. Wenn sich die gebrauchten Komponenten dafür aber nicht mehr eignen, sollen wenigstens ihre chemischen Bestandteile aufbereitet werden. Denn ausgediente Batterien enthalten viele weiterhin nutzbare Rohstoffe, wie Nickel, Kobalt, Mangan oder Lithium. Um an diese Wertstoffe heranzukommen, muss man das Bauteil zunächst auseinandernehmen, also Leitungen, Kabel, Stecker, Dichtungen, Schrauben, Batteriezellen, elektronische Komponenten und Halterungen voneinander trennen, machen die Forscher klar.

Die Herausforderung dabei: Kein Mensch, sondern ein Industrieroboter, soll diese Arbeiten übernehmen. Das ist umso schwieriger, weil Autobatterien nicht genormt sind, heißt es weiter. In verschiedenen Automarken, sogar in verschiedenen Modellen, steckten anders konstruierte Stromspeicher. Deshalb muss das Demontagesystem eben sehr flexibel sein. Quasi das „Schweizer Taschenmesser“ fürs Batterierecycling.

Am Anfang steht das Gehäuseöffnen

Als Arbeitsplatte dient ein 2 Meter × 3 Meter umfassender Tisch mit einem flexiblen Spannsystem, das jeden Akku fest greifen kann. Am Tisch öffnet der Roboter zunächst den Deckel der Batterie, indem er die Schrauben aufdreht. Eine intelligente Bildverarbeitung erklärt ihm, wie das geht. Doch das klappe nicht immer, denn nach 10 Jahren bei Wind und Wetter ist manche Schraube korrodiert und lässt sich mit mehr lösen. Mithilfe maschinellen Lernens erkennt der Roboter aber früh genug, ob er mit dem Schraubendreher ans Ziel kommt, oder lieber zur Fräse greifen sollte.

Natürlich könnte er auch sofort fräsen, aber das ist nicht die optimale Strategie, weil dabei Metallspäne entstehen, die die Gefahr eines Kurzschlusses und letztlich zu einem Brand führen könnten. Aber auch für solche Fälle ist die Anlage gerüstet: Breche ein Feuer doch mal aus, räume ein Schieber kurzerhand sämtliche Teile, die auf dem Arbeitstisch liegen, in ein Löschbad.

Noch in diesem Jahr ein Demonstrator

Wie bei den Schrauben steckt auch anderswo der Teufel im Detail, führen die Forschenden weiter aus: Das IPA-Team musste zahlreiche Probleme lösen, wie es weiter heißt, und neue dafür Werkzeuge entwickeln. So diene eine Art Dosenöffner dazu, Dichtungen zu lösen. Und für das Herausheben der einzelnen Batteriezellen, die verklebt sind, haben die beteiligten Fachleute eine Art Miniwagenheber entwickelt. Einfallsreichtum erfordere auch das Hantieren mit Kabeln und Steckern, weil diese sich nur schwer greifen ließen.

Das Forschungsprojekt, das insgesamt drei Jahre läuft, feiert gerade Halbzeit. Die Zwischenbilanz ist vielversprechend: Noch in diesem Jahr soll ein erster Demonstrator zu sehen sein. In Zukunft will man auch Lösungen entwickeln, die es ermöglichen, die zurückgewonnen und noch intakten Bestandteile einer Batterie für einen weiteren Lebenszyklus aufzubereiten und diese wieder zu einem neuen System zusammenzuführen.

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