LFP típusú Li-ion akkumulátorok eljárástechnikai alapvizsgálata a fenntartható reciklikálásuk érdekében – 1. rész

Absztrakt

Az akkumulátorok kérdésköre globálisan aktuálisnak számít az akkumulátor egész életciklusára vetítve, ugyanis mindennapi életünk során már minden eszköz kezd az idő előrehaladtával vezeték nélkülivé válni, amely mobilitásnak az akkumulátor a kulcsa. Az akkumulátor azonban már a szükséges nyersanyagok szempontjából is kihívást jelent, ugyanis nagymértékben tartalmaz kritikus elemeket, amelyek közé sorolhatóak például a ritkaföldfémek is. A reciklálás ezen problémát igyekszik megoldani már évtizedek óta, a másodlagos nyersanyagok előállításával. Ezen elektronikai hulladéktípus tehát nagyon is értékesnek mondható, és elterjedésének köszönhetően néhány éven belül a hulladékiparban is tömegesen meg fog jelenni, ezért a feldolgozásának kutatása, fejlesztése és elsajátítása elkerülhetetlen.
TDK-dolgozatom során az akkumulátorok számos típusa és fajtája közül a lítium-vasfoszfát akkumulátorra esett a választásom, a következő okok miatt. Az LFP típusú akkumulátorok jelentős mennyiségben kerülnek felhasználásra az elektromobilitásban, ami nagy mennyiségű gyártásközi és amortizációs hulladék megjelenésével is jár (Hu, Li és Peng, 2012). Azonban az ezen hulladékokból kinyerhető érték viszonylag kicsi, leginkább csak a Li vissszanyerésére törekednek H2O2, nátrium-hipoklorit és egyéb erélyes vegyületek felhasználásával (Wang és Wu, 2017). Ezért érdemes lenne a klasszikus erős vegyszert vagy nagy energiabefeketétst igénylő kohászati eljárások helyett olcsóbb és környezetbarátabb irányokba fejleszteni, megvalósítva a „zöld kémiát”.
A szelektív Li kioldását bakteriális oxidációval is meg lehetne oldani, bioszolubilizálás keretében (Chung-Yen és társai, 2021; Misra és társai, 2022). Az LFP típusra azért is esett a választásom, mert korábbi kutatómunkáim során az Intézet Biológiai Eljárástechnikai Laboratóriumában elérhető és kultiválható acidofil baktériumokkal dolgoztam, amelyek tápanyagának fő összetevője a vas(II)szulfát, így azt feltételeztem, hogy az LFP-akkumulátor aktív anyagának vastartalma kiegészítő tápanyag forrásként szolgálhat, így csökkentve az inhibitor hatását. Az említett baktériumok használata az iparban nem újkeletű, ugyanis a bányászat már alkalmazta őket, például réz (Gentina és Acevedo, 2013) vagy arany bányászatára (Gahan és társai, 2012). Ebből kiindulva a baktériumok alkalmazása a modern kor kihívásaira is megoldás lehet, legyen szó olyan bonyolult szerkezetű elektronikai hulladékról, mint az akkumulátorok, a nyomtatott áramköri lapok vagy a katalizátorok. Ezen akkumulátor típusból mintához, a Kar által létrehozott új képzési forma, a kooperatív képzés keretében jutottam hozzá.