TY - THES

T1 - Untersuchung des Lagerverhaltens von Aktivmaterial aus dem Lithiumionenbatterierecycling

AU - Schabetz, Clara

N1 - nicht gesperrt

PY - 2024

Y1 - 2024

N2 - Bei der Lagerung von Aktivmaterial aus dem Lithiumionenbatterierecycling kann es zu Verfestigungen und Verklumpungen kommen. Deshalb wurde im Rahmen dieser Masterarbeit das Lagerverhalten von Aktivmaterial untersucht und nach möglichen Ursachen für die Verfestigung gesucht. Dafür wurden auf Literatur basierende Hypothesen aufgestellt und experimentell überprüft. Im Fokus standen vier verschiedene Aktivmaterialien, PSP (interne Bezeichnung der Projektpartner), Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid (NMC), HL (interne Bezeichnung der Projektpartner), Lithium-Eisen-Phosphat (LFP) . Das Aktivmaterial wurde zuerst mittels Massenspektrometer (MS) Screening, Atomemissionsspektroskopie und Röntgenfluoreszenz Analyse (RFA) auf seine chemische Zusammensetzung untersucht. Zusätzlich wurde eine Röntgendiffraktion (XRD) Analyse zur Phasenaufklärung wurde durchgeführt. Es wurden unterschiedlichste Versuche und Untersuchungen bezüglich dem Lagerverhalten von Aktivmaterial durchgeführt. Die Proben wurden 50 Tage in St. Michael im Digital Waste Research Lab (DWRL) des Lehrstuhls für Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft (AVAW) für einen Langzeitversuch im Freien unter einem Flugdach gelagert. Die Luftfeuchtigkeit während der Lagerung reichte nicht für eine Verfestigung aus. Verfestigungsversuche im Labor mit Zugabe von deionisiertem Wasser ergaben, dass drei von vier Proben mit dem beigemengten Wasser reagieren und poröse, leicht zerbrechende Klumpen bilden. Die Härte der reagierten Proben liegt unter 1 auf der Mohr´schen Härteskala, da die ausreagierten Proben zu instabil für einen Test waren. Eine pH-Wertmessung des Aktivmaterials vermischt mit deionisierten Wasser ergab keine signifikante Änderung. Bei der Leitfähigkeitsmessung des Gemisches konnte eine Zunahme der spezifischen Leitfähigkeit festgestellt werden, ausgenommen beim LFP-Aktivmaterial. Es konnte eine weiße kristalline Substanz nach der Reaktion der Proben mit deionisierten Wasser am Rand der Proben gefunden werden. Diese wurde mit einem RFA-Handheld qualitativ untersucht und es stellte sich heraus, dass in der Substanz Brom (Br) enthalten ist. Weiters wird davon ausgegangen, dass es sich hierbei um NaBr und/oder CaBr2 Kristalle handelt.

AB - Bei der Lagerung von Aktivmaterial aus dem Lithiumionenbatterierecycling kann es zu Verfestigungen und Verklumpungen kommen. Deshalb wurde im Rahmen dieser Masterarbeit das Lagerverhalten von Aktivmaterial untersucht und nach möglichen Ursachen für die Verfestigung gesucht. Dafür wurden auf Literatur basierende Hypothesen aufgestellt und experimentell überprüft. Im Fokus standen vier verschiedene Aktivmaterialien, PSP (interne Bezeichnung der Projektpartner), Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid (NMC), HL (interne Bezeichnung der Projektpartner), Lithium-Eisen-Phosphat (LFP) . Das Aktivmaterial wurde zuerst mittels Massenspektrometer (MS) Screening, Atomemissionsspektroskopie und Röntgenfluoreszenz Analyse (RFA) auf seine chemische Zusammensetzung untersucht. Zusätzlich wurde eine Röntgendiffraktion (XRD) Analyse zur Phasenaufklärung wurde durchgeführt. Es wurden unterschiedlichste Versuche und Untersuchungen bezüglich dem Lagerverhalten von Aktivmaterial durchgeführt. Die Proben wurden 50 Tage in St. Michael im Digital Waste Research Lab (DWRL) des Lehrstuhls für Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft (AVAW) für einen Langzeitversuch im Freien unter einem Flugdach gelagert. Die Luftfeuchtigkeit während der Lagerung reichte nicht für eine Verfestigung aus. Verfestigungsversuche im Labor mit Zugabe von deionisiertem Wasser ergaben, dass drei von vier Proben mit dem beigemengten Wasser reagieren und poröse, leicht zerbrechende Klumpen bilden. Die Härte der reagierten Proben liegt unter 1 auf der Mohr´schen Härteskala, da die ausreagierten Proben zu instabil für einen Test waren. Eine pH-Wertmessung des Aktivmaterials vermischt mit deionisierten Wasser ergab keine signifikante Änderung. Bei der Leitfähigkeitsmessung des Gemisches konnte eine Zunahme der spezifischen Leitfähigkeit festgestellt werden, ausgenommen beim LFP-Aktivmaterial. Es konnte eine weiße kristalline Substanz nach der Reaktion der Proben mit deionisierten Wasser am Rand der Proben gefunden werden. Diese wurde mit einem RFA-Handheld qualitativ untersucht und es stellte sich heraus, dass in der Substanz Brom (Br) enthalten ist. Weiters wird davon ausgegangen, dass es sich hierbei um NaBr und/oder CaBr2 Kristalle handelt.

KW - Battery recycling

KW - black mass

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KW - storage tests

KW - Batterierecycling

KW - Schwarzmasse

KW - Strukturaufklärung

KW - Lagerversuche

M3 - Masterarbeit

ER -