24003

ارزيابي چرخه عمر باتريهاي ليتيم يون فرسوده

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

98/12/10

دكتر سوسن روشن ضمير

مهندسي شيمي

باتريها به عنوان يك وسيله ذخيره انرژي الكتروشيميايي به طور گستردهاي در دستگاههاي مختلف مورد استفاده قرار گرفته اند. از بين انواع باتري ها نوع ثانويه ي آنها داراي ظرفيت و چگالي انرژي بالايي است و البته قابل احيا شدن مي باشد كه بسيار مطلوب تر از باتريهاي ابتدايي است و به همين دليل به عنوان منابع توان الكتروشيميايي در تجهيزات مدرن همچون تلفنهاي همراه، رايانههاي قابل حمل و وسايل نقليه الكتريكي مورد استفاده قرار مي گيرند. دراين ميان بازيابي اين باتري ها نيز امري مهم بشمار ميرود هم از لحاظ زيست محيطي و هم اقتصادي، به همين دليل ابزارهاي مختلف زيادي براي محاسبه اثرات زيست محيطي سيستمهاي مختلف، بكار ميروند. براي محاسبه كميتي اثرات زيست محيطي برخي از محصولات الكتريكي، ارزيابي چرخه عمر (LCA)بعنوان يك ابزار مناسب براي محاسبه اين اثرات انتخاب شده است. در پژوهش حاضر تحليل چرخه عمر باتريهاي ليتيم-يون با كاتد LiCoO2 به منظور حفظ محيط زيست(از اين جهت كه اين نوع از باتري در صنعت بسيارپركاربرد است.) مورد بررسي قرار ميگيرد. (نرم افزار جامع و SimaPro 8 جهت انجام ارزيابي فرايند بازيافت باتري هاي ليتيوم-يون فرسوده در اين تحقيق از نرم افزار استفاده شده است. ReCiPe Endpoint2016و مدل پر كاربرد) در اين پژوهش از 2 نوع فرايند بازيافت باتري ليتيوم-يون كه در دو شركت مختلف بكار ميروند، استفاده شده است كه اين فرايندها شامل بازيافت 1 تن باتري ليتيوم يون فرسوده به روش مبني بر فرايند هيدرومتالورژي و ديگري مبني بر فرايند تركيبي هيدرومتالورژي و پيرومتالورژي مي باشد.در هر دو فرايند كاتد بكار رفته در باتري ، ليتيوم كبالت اكسايد، الكتروليت مايع ليتيوم هگزا فلوئووفسفات و پليمر، پلي اتيلن اكسايد در نظر گرفته شده است. با استفاده از نرم افزار مذبور اين نتايج براي هر دو فرايند بدست آمد: در فرايند بازيافت مبني بر فرايند هيدرومتالورژي آثار زيست محيطي ، توليد و بازيابي كبالت 53% ، توليد آلياژي از مس ،آلومينيوم و نيكل (تركيبات غير آهني) 20% بازيابي كربنات ليتيوم 16% ، كربنات كلسيم 6%، بازيابي اسيد سولفوريك2% ، الكتريسيته مصرفي 2% ، بازيابي آهن 1% و تركيبات آب مصرفي، سنگ گچ و آهك مصرفي مجموعا كمتر از 5/0 % (اين مقدار ناديده گرفته شده است.) مي باشند. از طرفي بازيابي تركيبات غير آهني، بازيابي وتوليد كبالت و بازيابي كربنات ليتيوم بترتيب بيشترين تاثير بر سلامت انسان، اكوسيستم و منابع را در اين فرايند بازيافت دارند و نيز بترتيب بر سلامت انسان با 93 %، اكوسيستم با 6 % و منابع با 1% تاثير مي گذارد. در فرايند بازيافت مبني بر فرايند تركيبي هيدرومتالورژي-پيرومتالورژي آثار زيست محيطي بازيابي فرونيكل 42% ، توليد و بازيابي كبالت 27% ،بازيابي باتري ليتيوم يون فرسوده 13% بازيابي كربنات ليتيوم 7% ، بازيابي ليتيوم هگزا فلئوروفسفات 6% ، الكتريسيته 4 % توليد الكترد 3%، بازيابي اسيد سولفوريك 2% ، بازيابي آلومينيوم 1% و آب مصرفي 1/0% مي باشند. از طرفي توليد فرونيكل، توليد و بازيافت كبالت و بازيابي كربنات ليتيوم و بازيابي ليتيوم هگزا فلئوروفسفات بترتيب بيشترين تاثير بر سلامت انسان، اكوسيستم و منابع را دراين فرايند بازيافت دارندو نيز بترتيب بر سلامت انسان با 93 %، اكوسيستم با 7 % و منابع با مقداري ناچيز تاثير مي گذارد. با مقايسه ي دو فرايند، همانطوركه انتظار مي رفت روش بازيافت مبني بر فرايند تركيبي هيدرومتالورژي-پيرومتالورژي در تمامي شاخص هاي محيط زيستي و همچنين در سه شاخص تاثير بر سلامت انسان،اكوسيستم و منابع(بترتيب) نسبت به روش بازيافت مبني بر فرايند هيدرومتالورژي آسيب بيشتري به محيط زيست مي رساند. از طرفي بعد از ديدن تاثيرات زيست محيطي الكتروليت مايع ليتيوم هگزا فلوئووفسفات بر باتري با فرض ثاببودن بقيه ي اجزا باتري و همچنين درصد وزني آنها، بعنوان جايگزين از الكتروليت مايع 1-بوتيل 3-متيل ايميدازوليوم تترافلوئوروبورات حل شده در استون، در آناليز .باتري استفاده شد تا بتوانيم تاثير تعويض اين جز از باتري را ببينيمبا استفاده از نرم افزار مشخص شد كه آثار زيست محيطي سه شاخص تاثير بر سلامت انسان،اكوسيستم و منابع در باتري ليتيوم يون با الكتروليت مايع ليتيوم هگزا فلوئووفسفات بيشتر از الكتروليت مايع 1-بوتيل 3-متيل ايميدازوليوم تترافلوئوروبورات محلول در استون است

1400/03/21

Life Cycle Assessment of spent Lithium-Ion batteries

2/28/2021 12:00:00 AM

Batteries as an electrochemical energy storage device have been widely used in various devices. Among the types of batteries, their secondary type has a high energy capacity and density, and of course it can be regenerated, which is much more desirable than primary batteries, and therefore as electrochemical power sources in modern equipment such as mobile phones. , Laptops and electric vehicles are used. In the meantime, the recovery of these batteries is also important both ecologically and economically, so many different tools are used to calculate the environmental impact of different systems. To quantify the environmental effects of some electrical products, Life Cycle Assessment (LCA) has been selected as a suitable tool to calculate these effects. In the present study, the life cycle analysis of lithium-ion batteries with LiCoO2 cathode in order to protect the environment (since this type of battery is widely used in industry) is investigated. (Comprehensive software and SimaPro 8 have been used to evaluate the recycling process of worn out lithium-ion batteries in this research. ReCiPe Endpoint2016 and widely used model) In this research, two types of lithium-ion battery recycling processes used in two different companies have been used. These processes include recycling 1 ton of worn-out lithium-ion batteries based on the hydrometallurgical process and the other based on the combined hydrometallurgical and pyrometallurgical process. In both cathode processes used in the battery, lithium cobalt oxide, liquid electrolyte lithium hexafluorophosphate and polymer, polyethylene oxide are considered. Using the mentioned software, these results were obtained for both processes: in the recycling process based on the process of hydrometallurgy, environmental effects, production and recovery of cobalt 53%, production of alloys of copper, aluminum and nickel (non-ferrous compounds) 20% carbonate recovery Lithium 16%, calcium carbonate 6%, sulfuric acid recovery 2%, electricity consumption 2%, iron recovery 1% and water consumption compounds, gypsum and lime consumption are less than 0.5% (this amount has been ignored). To be. On the other hand, recovery of non-ferrous compounds, recovery and production of cobalt and recovery of lithium carbonate have the greatest impact on human health, ecosystems and resources in this process, respectively, and also on human health with 93%, ecosystem with 6% and resources with 1%, respectively. Lays. In the recycling process based on the combined process of hydrometallurgy-pyrometallurgy, environmental effects of 42% ferronickel recovery, 27% cobalt production and recovery, 13% spent lithium ion battery recovery, 7% lithium carbonate recovery, 6% lithium hexafluorophosphate recovery, 4% electricity generation 3%, 2% sulfuric acid recovery, 1% aluminum recovery and 0.1% water consumption. On the other hand, production of ferronickel, production and recycling of cobalt and recovery of lithium carbonate and recovery of lithium hexafluorophosphate have the greatest impact on human health, ecosystem and resources in this recycling process, respectively. Slightly affects. By comparing the two processes, as expected, the recycling method based on the combined process of hydrometallurgy-pyrometallurgy in all environmental indicators and also in the three indicators of impact on human health, ecosystem and resources (respectively) compared to the recycling method based on hydrometallurgical process. Delivers more to the environment. On the other hand, after seeing the environmental effects of the liquid electrolyte of lithium hexafluorophosphate on the battery, assuming the other components of the battery are stable and also their weight percentage, as an alternative to the liquid electrolyte 1-butyl 3-methyl imidazolium tetrafluoroborate used in acetone dissolved in acetone. We were able to see the effect of replacing this component of the battery. Using the software, it was found that the environmental effects of the three indicators affecting human health, ecosystems and resources in lithium ion batteries with liquid electrolyte of lithium hexafluorophosphate are more than the electrolyte of liquid 1-butyl 3-methyl imidazolium tetrafluoroborate in acetone.

ارزيابي چرخه عمر , باتري لييوم يون

LCA , LIB