Kun Róbert (szerk.)

Energiatárolási és akkumulátoripari alapismeretek

Fejezetek a villamosenergia-rendszerek, az elektrokémiai és további energiatárolási technológiák témaköréből


3.3. A Li-ion-akkumulátorok teljes feldolgozási módszerei

A legértékesebb LCO-típus mellett jellemzően a kobaltot nagymértékben nikkellel kiváltó NMC811, illetve NCA-katódanyagok feldolgozása jelenti a perspektívát, noha a számottevő értéket csak a Li formájában hordozó LFP-típus is létező opció. A szerves anyag eltávolítása termikusan a legegyszerűbb, ami után értékes vegyületeket/fémeket jó kihozatalokkal hidrometallurgiai úton lehet kinyerni. Az általában alkalmazott kénsavas közeggel szemben a – laboratóriumi kísérletek eredményei szerint – a HCl-oldatok kedvezőbbek a kioldás hatékonysága és szelektivitása tekintetében. Sőt, a Cl-ionok a kloridos komplexek elválasztásában is előnyöket jelentenek, és igen tiszta Co-oldat is kapható, valamint a Ni-Mn effluensből oxidatív precipitációval a Mn-oxid csapadékként kinyerhető. Az átmenetifémek tiszta oldataiból az új katódok gyártására alkalmas nagy tisztaságú hidroxid/oxid vegyületek kaphatók. Beállított összetételű vegyes oldatból azonnal NMC-prekurzorvegyület nyerhető. LFP típusú anyag esetében közvetlen foszfátos precipitációval kapható katódgyártásra visszajáratható termék. A Li szintén kinyerhető vegyület alakban, noha jelenleg ez még nem gazdaságos. Megfelelő fizikai előkészítés után az értékes átmenetifémek (Co, Ni, Mn) alapvető hidrometallurgiai műveletek jó összehangolásával kinyerhetők akár keverten, akár elkülönített állapotban. Az első ilyen teljes megoldást a LithoRec-eljárás ajánlotta [29], ami alapján sok módosítással és finomítással egyéb eljárások is születtek, noha a megvalósítás még ritkán lépett túl a laboratóriumi, illetve a félüzemi szinteken. Tiszta, katódgyártásra, illetve vegyipari célokra is megfelelő termékeket, valamint az összes értékes fém kinyerését a black mass hidrometallurgiai feldolgozása tudja biztosítani. A fő módszereket foglalja össze a 10.28. ábra. Az „A változat” egyszerűbb és közvetlenül kevert hidroxidterméket (MHP) ad, de csak kevésbé tiszta állapotban, ezért a modern katódgyártás igényeinek a különálló és tiszta átmenetifémsókat (általában hidratált szulfátokat) szolgáltató „B változat” szerinti black mass-feldolgozó hidrometallurgiai módszerek váltak jellemzővé.
A black mass hidrometallurgiai feldolgozása során a katódanyagból származó értékes átmenetifémek és a lítium mellett az anódgrafit is kinyerhető megfelelő fizikai elválasztással. Ez a kioldás utáni szűréskor megkapott – és mosással tisztított – melléktermék általában egyéb célokra hasznosítható, de újabb LIB-fejlesztések alapján akár akkumulátorgyártási célra is visszajáratható lesz. Így ez is értékesíthető melléktermék ugyanúgy, mint az anód-kollektorfóliából megfelelő elkülönítéssel kapható réz. Azonban a katód-kollektorfólia viszonylag kis értékű Al-tartalmának eltávolítása további fizikai szeparáló lépést igényel.
 
10.28. ábra. A LIB-hulladékból fizikai előkészítéssel kapott black mass hidrometallurgiai feldolgozási lehetősége két eltérő módszer szerint
 
További – noha még jelentősen nem használt – lehetőség, hogy a tisztított oldatokból elektrolitikus úton, fémes állapotban választják le az értékes átmenetifémeket. Ez megfelelő feloldás után módot ad a katódanyagcélú visszajáratásra, valamint emellett további értékesítési alternatíva lehet a jövőben, aminek a piacképessége széles körű.
A bemutatott módszer jó példa a közvetlen NMC-katódprekurzoranyag(ok) előállításra. Ugyanakkor, az LFP black mass feldolgozása tisztított oldatból egyszerű foszfátadalékos precipitációval közvetlenül megfelelő FePO4 katódanyag-prekurzort adhat. Továbbá, a Li kinyerésére is van mód minden hidrometallurgiai eljárás során, természetesen csak vegyület alakban. A hidroxidos forma jelenti a közvetlen katódanyagra feldolgozás lehetőségét, de technikailag és gazdaságilag előnyösebben kivitelezhető és a katódanyaggyártásnál preferált só (karbonát) leválasztás a kisebb energiát is igénylő szokásos opció. Még nem tapasztalható Li-nyersanyaghiány, így a mindenképpen jelentős energiát igénylő Li-kinyerés egyelőre nem a fő gazdasági cél, noha ez az irány fokozatosan erősödik. A hidrometallurgiai maradék sóoldatok hasznosítása csak részleges. Az elhelyezésük egyelőre gyakorlati nehézséget okozhat, ami különösen a szulfátos feldolgozásból származó Na2SO4 esetében jelentős, míg a kloridos maradványsó (NaCl vagy CaCl2) egyéb célokra könnyebben lenne hasznosítható.

Energiatárolási és akkumulátoripari alapismeretek

Tartalomjegyzék


Kiadó: Akadémiai Kiadó

Online megjelenés éve: 2025

ISBN: 978 963 664 126 9

A kötet átfogó, horizontális tematikával vezeti be az olvasót az akkumulátor értéklánc teljes spektrumába: bemutatja a villamosenergia-piac működését, a telepített energiatárolási megoldásokat, az akkumulátorok járműipari alkalmazása terén az alternatív hajtásláncok felépítését és kulcskomponenseit, valamint részletesen tárgyalja a Li-ion akkumulátorok felépítését, működését, gyártástechnológiáját és a legfrissebb fejlesztési irányokat. Áttekintést nyújt továbbá az akkumulátorok biztonságtechnikájáról, diagnosztikai eljárásairól és az újrahasznosítás legfontosabb szempontjairól. Az olvasó átfogó képet kaphat az elektrokémiai energiatárolás technológiai hátteréről, a mobilitási és telepített tárolási megoldások térnyeréséről, az akkumulátoripar hazai és globális fejlődési irányairól, valamint az ezekhez kapcsolódó lehetőségekről, kihívásokról és szabályozási kérdésekről. A kötet az akkumulátorgyártás alaplépéseitől a jármű- és energiarendszer-integrációig, a töltőinfrastruktúrától a biztonságtechnikai, gazdasági és jogi aspektusokig számos kapcsolódó területet is tárgyal. Hasznos olvasmány lehet gépész-, villamos- és vegyipari mérnökök, mechatronikai és gazdasági szakemberek, autóipari és energiaipari szereplők, valamint a közszféra és az oktatás területén dolgozók számára – de mindazoknak is, akik naprakész, rendszerszintű tudást keresnek az energiatárolás és az elektromobilitás dinamikusan fejlődő világában. A kötet elkészítését a Magyar Akkumulátor Szövetség támogatta.

Hivatkozás: https://mersz.hu/kun-energiatarolasi-es-akkumulatoripari-alapismeretek//

BibTeXEndNoteMendeleyZotero

Kivonat
fullscreenclose
printsave