Väitös energiakonversion ja järjestelmien alalta, DI Hassan Rouhi

Väitöskirjan nimi: Optimization of electrochemical discharge for efficient Lithium-Ion battery recycling  

Väittelijä: Hassan Rouhi
Vastaväittäjä: Prof. Julia Amici, Politecnico di Torino, Italia
Kustos: Prof. Annukka Santasalo-Aarnio., Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulu 

Akkujen kierrätys turvallisemmaksi ja nopeammaksi

Vuosittain miljoonia litiumioniakkuja saavuttaa käyttöikänsä pään. Ennen kuin ne voidaan kierrättää turvallisesti, niistä on poistettava jäljellä oleva energia kokonaan — prosessi, joka voi nykyisin kestää jopa 400 tuntia ja muodostaa yhden merkittävimmistä pullonkauloista akkujen kierrätyksessä maailmanlaajuisesti.

Tässä väitöstutkimuksessa selvitettiin, kuinka elektrokemiallista purkamista — jossa käytetyt akut upotetaan johtaviin suolaliuoksiin jäljellä olevan energian turvalliseksi poistamiseksi — voidaan tehdä huomattavasti nopeammin ja tehokkaammin. Tutkimuksessa keskityttiin siihen, mitkä elektrolyyttiliuokset toimivat parhaiten, miten purkaminen käyttäytyy todellisissa olosuhteissa ja kuinka löytää optimaalinen hetki prosessin lopettamiselle turvallisuudesta tai energian talteenotosta tinkimättä.

Keskeinen löydös oli, että tavanomaiset natriumkloridiliuokset (NaCl), joita aiemmassa kirjallisuudessa on laajalti pidetty tehokkaina, aiheuttavat korroosiota, joka vääristää mittauksia ja heikentää suorituskykyä. Kaliumkarbonaattiliuokset (K₂CO₃) osoittautuivat ylivoimaisiksi: ne talteenotetaan 75–76 % akun jäljellä olevasta energiasta ilman korroosiota. Kokeellisella datalla validoidun fysiikkaan perustuvan elektrokemiallisen mallin sekä kolmen optimointimenetelmän — Pareto-analyysin, Bayesilaiseen optimoinnin ja NSGA-II-evoluutioalgoritmin — avulla osoitettiin, että purkamisaikaa voidaan lyhentää 50–71 % turvallisuutta vaarantamatta.

Tulokset tarjoavat akkujen kierrättäjille konkreettisen, dataan perustuvan ohjeistuksen elektrolyytin valintaan ja prosessin lopetuskriteereihin. Sähköajoneuvojen yleistymisen myötä kasvava akkujen kierrätystarve tekee näistä löydöksistä käytännöllisen tavan parantaa kierrätyksen kapasiteettia, alentaa kustannuksia ja lisätä turvallisuutta.

Avainsanat: Litiumioniakku, elektrokemiallinen purkaminen, akkujen kierrätys, monikriteerioptimoint, P2D-mallinnus, Bayesilainen optimointi

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): Aalto-yliopiston riiputussivu.

Yhteystiedot:
Hassan Rouhi, hassan.rouhi@aalto.fi