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Horizont Europa, Rahmenprogramm für Forschung und Innovation (2021-2027), Bringing Lithium-Ion Battery Waste tozero

tozero is committed to its mission to truly bring lithium-ion battery waste to zero. With its novel hydrometallurgical (i.e. wet chemical)battery recycling approach, it can maximize the recovery of critical raw materials (lithium, nickel, cobalt, manganese, and graphite)from both lithium-ion batteries that have reached their end of life, and scrap created during the production of new batteries.Proven on a daily basis in an operational pilot plant (commissioned in July 2023) close to Munich, Germany, tozero already now fulfillsthe recovery rates for critical raw materials from lithium-ion battery waste required by the recently enforced EU Battery Directive for2027 and 2031 and established itself as one of the leading battery recycling startups in Europe. In addition, the use of less aggressivechemicals than competitors and a mostly closed circular production process reduces the carbon footprint for batteries using tozero’srecycled material compared to batteries using mined materials by up to 80%.Considering an initial pre-seed funding of EUR 3.5mn in 2022, receiving the EIC grant would allow to significantly accelerate tozero´sscale up to industry-scale commercialization and bridge the gap for the next funding round. First, this includes additional funds fromthe EIC for the purchasing and in-house optimization of chemical reactors tailored to the innovative hydrometallurgical process oftozero. Second, it allows us to largely automate our processing and prepare for industry-scale processing. Third, it supports in thecreation of a full lifecycle assessment that is required to officially accredit our CO2e savings and helps to identify the largest lever tofurther reduce our environmental footprint. All three aspects combined allow to reach an industrial scale proof of our operations andunlock a large equity financing round in 2026.

Ganzheitliche Untersuchung der Trockenproduktion von Elektroden für Lithium-Batteriezellen, GUTBatt - Ganzheitliche Untersuchung der Trockenproduktion von Elektroden für Lithium-Batteriezellen

Schwerpunktprogramm (SPP) 2248: Polymer-basierte Batterien; Priority Program (SPP) 2248: Polymer-based batteries, Aufklärung von Degradationsmechanismen in Polymer-basierten Dual-Ionen-Batterien und Entwicklung von Strategien zur Leistungsoptimierung

Polymer-basierte Batterien gelten als aussichtsreiche Kandidaten für eine nachhaltige Energiespeicherung, was u.a. motiviert wird durch einen reduzierten Energieverbrauch bei der Herstellung, eine einfachere Recyclingfähigkeit sowie die Verwendung leicht zugänglicher Materialien und dem Austausch kritischer Metalle. Aktuell leiden Polymer-basierte Batterien jedoch unter diversen Herausforderungen hinsichtlich ihrer elektrochemischen Performanz, insbesondere einer geringen Energiedichte oder nicht ausreichender Zyklenstabilität. Zudem fehlt aktuell noch ein grundlegendes Verständnis bzgl. der Kapazitätsverluste der Zellen sowie der auftretenden Alterungsmechanismen an den Elektroden/Elektrolyt-Grenzflächen. In diesem Projekt soll ein Spezialtyp einer Polymer-basierten Batterie systematisch untersucht werden, eine sogenannte Polymer-basierte Dual-Ionen-Batterie (DIB), welche organische Materialien des n- und p-Typs zur simultanen Speicherung von Kationen und Anionen verwendet. Das DIB-System unterscheidet sich von klassischen Polymer-Batterien basierend auf dem Kationen- oder Anionen-'Rocking-Chair'-Prinzip, da hier nicht nur eine Ionensorte, sondern sowohl Kationen als auch Anionen beteiligt sind. Dieses Speicherprinzip bietet verschiedene Vorteile, wie u.a. eine hohe Variabilität möglicher Kation-Anion-Paare sowie typischerweise eine hohe Zellspannung, die durch geeignete Polymermaterialien erreicht werden kann. Zur Entwicklung Polymer-basierter DIB-Systeme mit verbesserter Energiedichte und Stabilität werden in diesem Projekt verschiedene Strategien adressiert: (I) Design neuartiger Polymermaterialien mit höherem Arbeitspotential für die positive Elektrode ('Spannungstuning'), (II) Entwicklung von Hybridsystemen wie Graphit / Polymer mit hoher Zellspannung, (III) Entwicklung von 'All-Polymer'-DIB-Systemen, mit verschiedenen Konzepten wie der Entwicklung ambipolarer Polymersysteme sowie sogenannter 'Reverse-All-Polymer-DIB-Systeme'. Die verschiedenen Polymer-DIB-Systeme sollen hinsichtlich ihrer elektrochemischen Performanz umfassend untersucht werden, wobei der Einfluss der Elektrolytformulierung und der gebildeten 'Interphasen' auf die reversible Kapazität und Stabilität während der Lade-/Entladezyklisierung im Vordergrund der Untersuchungen stehen. Zu diesem Zweck werden verschiedene ex-situ und in-situ Analysen durchgeführt, um wichtige und umfassende Einblicke in die mechanistischen Eigenschaften der Kationen- bzw. Anionen-Speicherung, die Stabilität der Polymermaterialien und die Rolle der 'Interphasen' zu erhalten. Es wird erwartet, dass die in diesem Projekt gewonnenen grundlegenden Erkenntnisse für die Entwicklung verbesserter polymerer Aktivmaterialien und optimierter Elektrolyte für Polymer-basierte DIB-Zellen mit hoher Energiedichte und Zyklenstabilität von großer Bedeutung sind.

Zylindrische Zellen mit lasergetrimmtem Elektroden-Design für Hochenergiemodule extrem langer Lebensdauer

Salinity, temperature, pH, and fluorescent dissolved organic matter (fDOM) measurements in surface waters within DynaCom experimental islands and saltmarsh enclosed plots at different elevation levels, Spiekeroog, Germany, 2018-08 to 2022-01

Data were collected between August 2018 and January 2022 as part of the research unit DynaCom (Spatial community ecology in highly dynamic landscapes: From island biogeography to metaecosystems) of the Universities of Oldenburg, Göttingen, and Münster, the iDiv Leipzig and the Nationalpark Niedersächsisches Wattenmeer. Measurements were conducted almost bi-/monthly on experimental islands and salt marsh enclosed plots located in the back barrier tidal flat and salt marsh of the island of Spiekeroog (Germany). Field-based in situ measurements of salinity, temperature, and pH were conducted using portable hand-held instruments in groundwater (filter tubes within experimental plots) and in surface waters from a tidal channel (ITC) adjacent to the experimental islands and a tidal pond (STP) in the pioneer zone of the salt marsh. Measurements were performed and samples were taken during the day between 3 hours before and 3 hours after low tide. From August 2018 to September 2019 a HQ40D digital two-channel multi meter equipped with a pre-calibrated Intellical CDC401 field 4-pole graphite conductivity cell (Hach Lange GmbH, Germany) was used to measure temperature (°C) and salinity (psu). The same device was used for pH measurements with an Intellical PHC101 field low maintenance gel filled pH electrode (Hach Lange GmbH, Germany). The pH electrode was calibrated before each fieldwork using single-use pH buffer solutions (pH 4.01, 7.00, 10.01, Hach Lange GmbH, Germany). Since October 2019, salinity and temperature were measured using a Multi 3510 IDS SET 4 handheld device equipped with a TetraCon® 925/LV 4-Pol-IDS conductivity electrode with graphite cells (WTW, Xylem Analytics Germany GmbH, Germany). Fluorescent dissolved organic matter (FDOM, ppb QSE) was measured using an AquaFluor Modell 80000-010 for UV-420 (Turner Designs Inc., USA), pre-calibrated in the laboratory. For this, water samples were taken from the field to a nearby mobile central field unit and were filtered within 1-2 hours after sampling using 25 mm Nuclepore syringe filters (0.2 µm pore size) directly into sample-pre-rinsed measurement cuvettes. Data quality control (QC) was performed using MATLAB (R2024b). Outlier detection was conducted both visually and statistically using z-score analysis (|z| > 3) per sampling campaign and plot. Each data point was assigned a Quality Control Flag (QC).

Beispiele – Sanierung im 60:40-Freistellungsverfahren

Bild: SenSW Anilinfabrikation Berlin-Lichtenberg Zunächst als Färberei genutzt, entstand 1880 am Standort einschließlich benachbarter Grundstücke die "AG für Anilinfabrikation", später Aceta, die ab 1920 in die IG Farben aufging. 1991 sind erhebliche Boden- und Grundwasserbelastungen am Standort festgestellt worden. Weitere Informationen Bild: Lünser Elektrokohle Lichtenberg Im Jahr 1901 gründete die Firma Gebrüder Siemens & Co. eine Produktionsstätte, die 1928 als Siemens-Planiawerke AG, ab 1954 als Elektrokohle Lichtenberg in der Herzbergstraße eine breite Palette an Produkten aus Kohle und Graphit herstellte. Weitere Informationen Bild: Horn & Müller, Berlin Filterwerke Berlin Durch den Umgang mit Lösemitteln entstanden Schädigung vor allem der Bodenluft sowie des Grundwassers. Im Zeitraum zwischen 1991 und 1997 erfolgten umfangreiche Untersuchungen in den beiden genannten Kompartimenten zum Zwecke der Gefährdungsabschätzung und Sanierungsvorbereitung. Weitere Informationen Bild: Tauw GmbH Funkwerk Köpenick Durch die ab 1996 durchgeführten umfangreichen Boden-, Bodenluft- und Grundwasseruntersuchungen sind Boden- und Grundwasserbelastungen und untergeordnete Bodenluftverunreinigungen am Standort festgestellt worden. Hauptkontaminanten im Boden sind Schwermetalle und MKW. Weitere Informationen Bild: ARGUS Gummiwerke Berlin Der in Friedrichshain gelegene Standort der ehemaligen Gummiwerke Berlin wurde seit Beginn des 20. Jahrhunderts bis 2011 für die Gummiherstellung industriell genutzt. Infolge des produktionsspezifischen Umgangs mit LCKW bzw. BTEX kam es in der Vergangenheit zu erheblichen Untergrundverunreinigungen Weitere Informationen VEB Isokond Zwischen 1904 und 1990 wurden am Standort Produkte der Elektroindustrie, im Wesentlichen Kondensatoren, hergestellt. Seit 2000 wurden auf dem Gelände umfangreiche Sanierungsmaßnahmen durchgeführt. Weitere Informationen Bild: Kobert & Partner Knorr-Bremse Auf dem Gelände des ehemaligen Berliner Bremsenwerkes wurde 1923 mit der Produktion von Zubehörteilen begonnen. In den letzten Kriegs- bzw. frühen Nachkriegsjahren sind hier erhebliche Mengen an LCKW, die in der Produktion als Entfettungsmittel eingesetzt wurden, in das Grundwasser gelangt. Weitere Informationen Bild: IUP, Berlin Stralauer Glashütte Im Zuge der über einhundertjährigen industriellen Nutzung des Grundstücks wurden in erheblichem Umfang Schadstoffe in den Untergrund eingetragen. Die Bodenverunreinigungen konzentrieren sich auf lokale Belastungsschwerpunkte. Weitere Informationen WSSB Verkehrstechnik Auf dem Produktionsstandort wurden seit 1890 überwiegend eisenbahntechnische und elektrotechnische Ausrüstungen produziert. Infolge des produktionsspezifischen Umgangs mit leichtflüchtigen chlorierten Kohlenwasserstoffen (LCKW) war es zu Schadstoffeinträgen im Boden und ins Grundwasser gekommen. Weitere Informationen

Pore-water salinity measurements in surface sediments within DynaCom experimental islands and saltmarsh enclosed plots at different elevation levels, Spiekeroog, Germany, 2023-01 to 2023-08

Data presented here were collected between January 2023 to August 2023 within the research unit DynaCom (Spatial community ecology in highly dynamic landscapes: From island biogeography to metaecosystems) of the Universities of Oldenburg, Göttingen, and Münster, the iDiv Leipzig and the Nationalpark Niedersächsisches Wattenmeer. Experimental islands and saltmarsh enclosed plots were created in the back barrier tidal flat and in the saltmarsh zone of the island of Spiekeroog. Sediment samples for the determination of pore-water salinity were taken bi-/monthly in surface sediments (0-3 cm depth) of the experimental plots. Samples were taken between 3 hours before and 3 hours after low tide. Samples were stored dark and cool (8°C) until measurement. Samples were measured in the laboratory within two months after sampling according to DIN ISO 11265:1997-06. In the laboratory, sediment samples for the determination of pore-water salinity were weighed in pre-weighed Falcon™ 50 mL conical centrifuge tubes (10 g sediment on average, depending on sand content). After one month of air-drying samples were re-weighed to determine dry weight and therefore the loss in weight. Ultrapure water was added to the tubes and were homogenized using a pestle. Salinity was measured directly in the tubes with a HQ40D Digital two channel multi meter and a pre-calibrated Intellical CDC401 field 4-poles graphite conductivity cell (Hach Lange GmbH, Germany). Post-processing of measured values were done using MATLAB (R2024b). Quality control was performed by (a) visually checks, and hence (b) the classification into quality control flags using quality check algorithms.

Entwicklung applikationsspezifischer Aluminium-Ionen-Batterien unter Nutzung innovativer Passiv- und Aktivmaterialien, Teilvorhaben: Entwicklung und Evaluierung innovativer Separator- und Kathodenmaterialien für applikationsspezifische Aluminium-Ionen-Batterien

Das Ziel des Fraunhofer IISB die Entwicklung neuer Kompositkathodenmaterialien, um den Anteil am kritischen Rohstoff Graphit zu verringern. Das Fraunhofer IAP zielt auf die Entwicklung von optimierten PAN-Separatoren für die Anwendung in AIB im batch-Verfahren (Größe A5-A6) sowie Skalierung der Herstellung der Separatoren auf A4 Format. Für die Durchführung von Material- und Performanceanalysen am IISB, sowie die Validierung der AIB unter Anwendungsbedingungen sollen im Anschluss die notwendigen Separatoren hergestellt werden (IAP) und zusammen mit weiteren Komponenten der Projektpartner in AIB-Pouchzellen eingesetzt werden (IISB).

Erzeugung ultrafeiner hochtemperaturfester Aerosole durch Kondensation

Ultrafeine Partikel haben in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Diese sogenannten Nanopartikel sind vielfaeltig anwendbar, wie z.B. als Ausgangsmaterialien fuer hochfeste Werkstoffe, in Gassensoren, als Katalysatoren, in Arzneimitteln und in Testaerosolen fuer die Heissgasentstaubung. Es wurde eine Anlage zur Nanopartikelerzeugung durch Laserverdampfung entwickelt. Zur Herstellung wird Aluminiumoxidkeramik, Graphit, Kupfer oder Aluminium mit einem C02-Laser verdampft. Aus der Kondensation entstehen kugelfoermige Primaerpartikel in einem Groessenbereich zwischen 10 und 500 Nanometern. Nach der Erstarrung koennen die Partikel durch Agglomeration unregelmassig geformte Ketten oder Flocken bilden. Deshalb wird das Aerosol so weit verduennt, dass Kollisionen der Partikel unwahrscheinlich werden und damit die Agglomerationswahrscheinlichkeit stark reduziert wird. Das zu verdampfende Material, in Form eines runden Targets, ist unter einen Drehteller montiert, der in Rotation versetzt und gleichzeitig horizontal verschoben wird. Der Laserstrahl wird von unten auf das Target fokussiert und hinterlasst durch die Targetbewegung eine spiralfoermige Bahn auf der Materialoberflaeche. Das Material verdampft lokal im Laserfokus. Der Dampf wird durch radial zustroemendes Argon in einen Sinterkegel unterhalb des Targets transportiert, wo in der heissen Zone die Kondensation und Koagulation stattfindet. In diesem Bereich bleiben die Partikel durch Absorption der Laserstrahlung fluessig, unterhalb der heissen Zone erstarren sie. Durch die Volumenaufweitung des Kegels nach unten und das seitliche Zustroemen von Argon nimmt die Partikelkonzentration von oben nach unten stark ab. Die Partikel werden auf einer Filtermembran abgeschieden und mit einem Rasterelektronenmikroskop auf Groesse, Form und Agglomerationsgrad untersucht. Neben dem Ziel der Nanopartikelerzeugung werden die zugrundeliegenden Prozesse Verdampfung, Kondensation und Koagulation sowohl experimentell als auch theoretisch detailliert untersucht.

Entwicklung eines ganzheitlichen und nachhaltigen Recyclingansatzes für Lithium-Ionen-Batterien (LIB)

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