Grafiitin kierrätys litiumioniakuista

Abstract

Litiumioniakkujen tarve lisääntyy jatkuvasti muun muassa liikenteen sähköistymisen vuoksi. Tutkimus on tähän mennessä keskittynyt litiumioniakuissa olevien arvokkaiden metallien kierrättämiseen, mutta nykyisin myös edullisemman materiaalin, grafiitin, kierrätystä on alettu tutkia maailman materiaalivarantojen vähentymisen vuoksi. Lisäksi grafiitin kierrättämättä jättäminen on ympäristölle haitallista.

Grafiitin kolme merkittävää kierrätysmetodia ovat hydrometallurgia, pyrometallurgia sekä hybridiprosessi. Kierrätysprosessien tarkoituksena on puhdistaa grafiittia epäpuhtauksista sekä korjata sen lataus-purkaussyklissä vaurioitunut rakenne, jolloin grafiitin sähkökemialliset ominaisuudet paranevat. Hydrometallurgiassa grafiitin epäpuhtaudet pyritään liuottamaan erilaisten liuottimien avulla. Pyrometallurgisessa prosessissa hyödynnetään korkeita lämpötiloja, kun grafiittia kuumennetaan. Tällöin epäpuhtaudet sulavat tai haihtuvat pois. Korkeat lämpötilat lisäksi korjaavat grafiitin rakennetta tehokkaasti, palauttaen näin sen sähkökemiallista aktiivisuutta. Hybridimenetelmä yhdistää hydrometallurgisen prosessin sekä pyrometallurgisen prosessin piirteitä.

Grafiitin kierrätykseen liittyy myös haasteita. Kaupallisen grafiitin arvon ollessa markkinoilla alhainen, tulisi myös kierrätysprosessien kustannusten olla riittävän alhaiset. Ympäristön kannalta energian kulutus sekä myrkylliset kierrätysprosessissa syntyvät jätteet aiheuttavat haasteita. Lisäksi grafiitilla on tarkat laatuvaatimukset puhtauden ja sähkökemiallisten ominaisuuksien osalta, joihin kierrätetyn grafiitin tulee yltää.

Kierrätettyä grafiittia voidaan käyttää useisiin eri sovelluskohteisiin. Tärkein sovelluskohde on uudet litiumioniakut, sillä niiden kysyntä on kasvussa. Kierrätettyä grafiittia voidaan käyttää myös esimerkiksi grafeenin jalostamiseen sekä adsorbenttina.