Roboter-Zelle demontiert vollautomatisch Batterien für Recycling

Die Forschungsarbeiten an dem Recycling-Verfahren gehören zum Projekt „Industrielle Demontage von Batterien“ (DeMoBat). Die Koordination liegt beim Zentrum für Digitalisierte Batteriezellenproduktion (ZDB) des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA.

Die Roboterzelle soll alle Bestandteile einer Batteriezelle sortenrein demontieren. Anschließend soll sie prüfen, ob die Teile noch gut genug für eine direkte Wiederverwendung sind. So sollen dereinst Second-Life-Batterien aus genutzten Komponenten entstehen.

Wenn sich die gebrauchten Komponenten dafür nicht mehr eignen, sollen wenigstens ihre chemischen Bestandteile aufbereitet werden. Die ausgedienten Batterien enthalten viele weiterhin nutzbare Rohstoffe wie Nickel, Kobalt, Mangan oder Lithium. Um an sie heranzukommen, muss man das Bauteil zunächst auseinandernehmen. Leitungen, Kabel, Stecker, Dichtungen, Schrauben, Batteriezellen, elektronische Komponenten, Halterungen müssen dafür demontiert werden.

Die Herausforderung dabei: Kein Arbeiter, sondern ein Industrieroboter soll die Arbeiten übernehmen. Das ist umso schwieriger, als Autobatterien nicht genormt sind. In verschiedenen Automarken, sogar in verschiedenen Modellen, stecken jeweils andere Stromspeicher. Deshalb muss das Demontagesystem sehr flexibel sein.

Maschine lernt eigenständig dazu

Als Arbeitsplatte dient ein zwei mal drei Meter großer Tisch mit einem flexiblen Spannsystem, das verschiedenste Akkus fest greifen kann. Dort soll der Roboter zunächst den Deckel öffnen, indem er die Schrauben aufdreht. Eine intelligente Bildverarbeitung weist ihm den Weg. Doch das funktioniert nicht immer, denn nach zehn Jahren bei Wind und Wetter ist manche Schraube korrodiert und lässt sich mit mehr lösen. Dank maschinellem Lernen soll der Roboter frühzeitig erkennen, ob er mit dem Schraubendreher ans Ziel kommt oder zur Fräse greifen muss.

„Er könnte natürlich auch sofort fräsen“, sagt Lorenz Halt. Er ist in der Abteilung Roboter- und Assistenzsysteme am Fraunhofer IPA für diesen Teil des Forschungsprojekts verantwortlich. „Aber das ist nicht die optimale Strategie, weil dabei Metallspäne anfallen, die zu einem Kurzschluss und letztlich zu einem Brand führen könnten.“

Auch für solche Fälle ist die Anlage aber gerüstet: Bricht ein Feuer aus, räumt ein Schieber kurzerhand sämtliche Teile vom Arbeitstisch in ein Löschbad.

Demonstrator für Batterie-Recycling soll noch „diesen Herbst“ fertig werden

Halt und sein Team haben verschiedene neue Werkzeuge entwickelt. Dichtungen löst die Roboterzelle mit einer Art Dosenöffner. Das Werkzeug zum Herausheben der verklebten Batteriezellen erinnert an einen Mini-Wagenheber. Einfallsreichtum erfordert auch das Hantieren mit Kabeln und Steckern, die sich nur schwer greifen lassen.

Das Forschungsprojekt DeMoBat läuft insgesamt drei Jahre. Gerade ist die Hälfte davon vorbei. Die Zwischenbilanz sei vielversprechend, sagt das Fraunhofer IPA. Noch diesen Herbst soll ein erster Demonstrator für das Recycling von Batterien zu sehen sein. „Künftig möchten wir auch Lösungen entwickeln, die es ermöglichen, die zurückgewonnen und noch intakten Bestandteile einer Batterie für einen weiteren Lebenszyklus aufzubereiten und wieder zu einem neuen System zusammenzuführen“, kündigt Projektleiter Max Weeber an.

Die Frage des Recyclings von Batterien wird immer drängender. Im vorigen Jahr waren in Deutschland bereits rund 13 Prozent der Neufahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb ausgestattet, teilweise in Kombination mit einem Verbrennungsmotor. Bis 2030 könnten Hochrechnungen zufolge weltweit fast 50 Millionen Elektroautos auf den Straßen unterwegs sein, erklärt das Fraunhofer IPA. Ein Akku in einem Elektroauto halte im Schnitt rund zehn Jahre.

Während das Recycling von Solarmodulen bereits etabliert ist, stehen Recycling-Verfahren für Batterien noch am Anfang.

04.11.2021 | Quelle: Fraunhofer IPA | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH