Litiumakkujen mekaanisen purun kehittäminen
Koski, Ilpo (2022)
Katso/ Avaa
Sisältö avataan julkiseksi: 28.11.2024
Diplomityö
Koski, Ilpo
2022
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022112967510
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022112967510
Tiivistelmä
Liikenteen sähköistymisen myötä maailmassa akkujen tarve kulkuneuvoihin lisääntyy. Akkujen valmistamiseen tarvitaan erilaisia metalleja raaka-aineiksi. Näiden akkumetallien tarve on räjähdysmäisessä kasvussa. Autokannan sähköistyessä ja sitä mukaa akkujen määrän kasvaessa, akut tulevat aikanaan käyttöikänsä päähän ja ne poistetaan käytöstä. Käytöstä poistettujen akkujen määrä lisää tarvetta akkujen kierrätykselle. Kierrätyksellä voidaan korvata neitseellisiä raaka-ainetarpeita. Tässä diplomityössä tutkitaan akkujen jännitteellistä murskaamista. Murskaaminen on osa laajempaa akkujen kierrätysprosessia. Tulevaisuudessa akkujen kierrätyksellä tulee olemaan yhä suurempi rooli akkujen raakamateriaalitarpeen täyttämisessä.
Litiumakkujen kierrätyksessä on monia vaiheita. Mekaaninen purkaminen akkupaketeista sopiviksi murskattaviksi kappaleiksi sisältää lisäksi paljon käsityötä. Myös turvallisuuden takia akkujen energia puretaan ennen murskausta, mikä on myös vie aikaa sekä vaatii kallista käsityötä. Mekaanisen purun ja jännitteen purun automatisointi on vaikeaa. Työvaiheen automatisoinnin haasteena on lisääntyvä määrä erilaisia akkuja ja niiden vaatimat yksityiskohtaiset prosessit.
Diplomityön tuloksena saatiin vahvistus idealle, että jännitteellinen murskaaminen saattaisi olla mahdollista. Varsinaisen prosessin valmiiksi saattamiseksi pitäisi jatkaa tutkimuksia saatujen tulosten perusteella. Suurimmat jatkotutkimusaiheet ovat murskatun massan soveltuvuus jatkokäsittelyyn, massatasapainon selvittäminen ja palokaasujen hallinta. Jännitteellistä murskausta kannattaisi myös mahdollisesti tehdä inertissä ympäristössä tulipalojen välttämiseksi. Myös muita mahdollisuuksia tehdä murskaus siten, että vältetään palaminen kannattaisi tutkia. As transportation transforms into electric the demand of batteries goes up in the future. Batteries need different metals for raw material. Demand for battery metals is rising rapidly. As the number of batteries increases with electric vehicles also more batteries arrive at the end-of-life stage. The demand for recycling increases which can help to meet the demand for new battery materials. This paper investigates crushing of batteries without energy discharge. Crushing is a part of complex battery recycling. In future recycling will play a greater role to meet the demand for battery metals.
Recycling a lithium battery consists of many process steps. Mechanical disassembly from full package to suitable size for crushing has a lot of handmade work steps. Safety is a major concern and energy discharge is done before crushing. Energy discharge takes time and is done by hand. It is difficult to automate energy discharge and dismantling of battery packs because of the vast variety of them. The problem with automation is that every different type of battery pack needs specific process instructions and process sequence.
The result from this thesis is that it would be possible to build a crushing process without energy discharge. To finalize the process design further studies needs to be done. Main topics would be the crushed material suitability for the next recycling step, learn the mass balance and treatment of flue gases. Crushing could be done in an inert atmosphere to avoid fire and flue gases. Other possibilities to avoid fire during crushing should be investigated.
Litiumakkujen kierrätyksessä on monia vaiheita. Mekaaninen purkaminen akkupaketeista sopiviksi murskattaviksi kappaleiksi sisältää lisäksi paljon käsityötä. Myös turvallisuuden takia akkujen energia puretaan ennen murskausta, mikä on myös vie aikaa sekä vaatii kallista käsityötä. Mekaanisen purun ja jännitteen purun automatisointi on vaikeaa. Työvaiheen automatisoinnin haasteena on lisääntyvä määrä erilaisia akkuja ja niiden vaatimat yksityiskohtaiset prosessit.
Diplomityön tuloksena saatiin vahvistus idealle, että jännitteellinen murskaaminen saattaisi olla mahdollista. Varsinaisen prosessin valmiiksi saattamiseksi pitäisi jatkaa tutkimuksia saatujen tulosten perusteella. Suurimmat jatkotutkimusaiheet ovat murskatun massan soveltuvuus jatkokäsittelyyn, massatasapainon selvittäminen ja palokaasujen hallinta. Jännitteellistä murskausta kannattaisi myös mahdollisesti tehdä inertissä ympäristössä tulipalojen välttämiseksi. Myös muita mahdollisuuksia tehdä murskaus siten, että vältetään palaminen kannattaisi tutkia.
Recycling a lithium battery consists of many process steps. Mechanical disassembly from full package to suitable size for crushing has a lot of handmade work steps. Safety is a major concern and energy discharge is done before crushing. Energy discharge takes time and is done by hand. It is difficult to automate energy discharge and dismantling of battery packs because of the vast variety of them. The problem with automation is that every different type of battery pack needs specific process instructions and process sequence.
The result from this thesis is that it would be possible to build a crushing process without energy discharge. To finalize the process design further studies needs to be done. Main topics would be the crushed material suitability for the next recycling step, learn the mass balance and treatment of flue gases. Crushing could be done in an inert atmosphere to avoid fire and flue gases. Other possibilities to avoid fire during crushing should be investigated.