ارزيابي چرخه عمر باتريهاي ليتيم يون فرسوده

كارشناسي ارشد

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

196345

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي شيمي

دكتر سوسن روشن ضمير