Functional Materials for a Sustainable Replacement of the Lithium-ion Battery

Abstract

De siste årene har det vært en økende bekymring rundt påvirkningen av fossile brennstoff på miljøet og behovet for bærekreaftige energikilder. Som et resultat av dette har viktigheten av fornybare energikilder som sol -, vind -og vannkraft økt. Den periodevise tilgangen på disse energikildene har imidlertidig gjort det utfordrende å møte energibehovene til det moderne samfunnet.

Batterier har potensiale til å spille en viktig rolle i overgangen til en mer bærekraftig fremtid. De kan lagre overskuddsenergi fra fornybare energikilder og levere den ut når det trengs, noe som vil jevne ut svigningene i tilbud og etterspørsel. Med dagens utvikling innenfor batteriteknologi blir de raskt mer effektive, holdbare og kostnadseffektive. Det mest brukte batteriet i dag er litium-ione batteriet (LIB), men det har noen bekymringsverdige sikkerhets -og bærekraftsutfordringer. Det har vært hendelser hvor batteriet har tatt fyr, og i verste fall eksplodert på grunn av termisk ustabilitet eller overoppheting. Produksjon og avhending av batteriene er enda ikke utviklet til et bærekraftig stadie og det er flere problemer rundt gruvedriften av råmaterialene brukt i LIBene.

Denne oppgaven ser på mer bærekraftige materialer som kan brukes som alternativer på katoden, anoden og som elektrolytt i LIBet. Nye batterikjemier som kan erstatte LIBet blir også undersøkt før resirkuleringsporessen av de ulike delene presenteres.

In recent years, there has been a growing concern about the impact of fossil fuels on the environment and the need for sustainable energy sources. As a result of this there has been an increased need for renewable energy sources such as solar, wind and hydropower. However, the intermittent nature of these sources has made it challenging to meet the energy demands of modern society.

Batteries have the potential to play a crucial role in the transition to a more sustainable future. They can store excess energy from renewable sources and provide it when needed. Moreover, with the rapid advancements in battery technology, they are becoming more efficient, durable and cost-effective. The most rapid used battery today is the lithium-ion battery (LIBs), but there has been several safety -and sustainability concerns about them. There has been incidents where the batteries have caught fire, or even exploded, due to thermal runaway or overheating. The production and disposal of the batteries are not developed to a sustainable level yet, and there are also severe problems when it comes to the mining of the raw materials used in the LIBs.

This scientific report will take a look into more sustainable materials that can be used as alternatives at the cathode, anode and as electrolyte in the LIB. New battery chemistries which might replace the LIB are also presented before the recycling process of the different parts of the battery is discussed.