Litiumjonbatterier är en kraftigt ökande energibärare som finns i allt från mobiltelefoner till datorer och elbilar. Användandet av dessa batterier är en nödvändighet i dagens energimarknad, och andelen elbilar ökar lavinartat år efter år. Litiumjonbatteribränder uppvisar speciella problem och risker vid insats, som vanliga bilbränder inte skapar. Detta arbete har studerat räddningstjänstens metoder vid elbilsbrand, vilka släck och kyl-medel som utvecklas för just litiumjonbatteribränder samt hur effektivt vattenkylning egentligen är mot elbilsbrand.   En sammanställning av MSB:s rekommendationer samt några räddningstjänsters egna insatsmetoder har gjorts. Detta tillsammans med att flertalet nyare metoder för litiumjonbatteribrandbekämpning har studerats och ett experiment har utförts där vattens kylande effekt på en simulerad termisk rusning har undersökts.   Räddningstjänsten jobbar effektivt och progressivt med nya metoder och insatsplaner för elbilbrandsbekämpning. Detta syns hos såväl MSB som de kommunala räddningstjänsterna där nya metoder och verktyg hela tiden testas och utvärderas. Nya verktyg och släck/kylmedel utvecklas också av externa företag för att säkra och underlätta bekämpningen av litiumjonbatteribränder.   Under det experiment som utfördes kunde det konstateras att vattenkylning är en effektiv metod som har en starkt kylande effekt när en värmekälla introduceras till en batteripaketskonstruktion. Även vattnets flöde genom batteripaketet gav en betydande påverkan på resultatet.   Detta resultat ger en ökad trovärdighet till de metoder med vattenkylning som räddningstjänsten använder sig utav vid insats mot en elbils batteribrand. Det kan även konstateras att elbilstillverkare kan påverka räddningstjänstens förmåga till bekämpning av en olycka genom smart design av batteripaketen som involverar fungerande flödesvägar genom batteripaketet samt möjligheten att koppla både in och utflöde för kylvatten till batteripaketet.

I kommersiella litiumjonbatterier används ofta grafit i anodmaterialet, främst på grund av att det reversibelt kan placeras litiumjoner mellan dess lager. Grafit har dock en begränsad energitäthet och forskning bedrivs därför för att finna metoder som kan öka energitätheten hos anodmaterialet. Kisel, som har en betydigt högre energitäthet, kan interkalleras i grafiten för att öka energitätheten. För att undvika en förstörande volymexpansion som sker under litieringen när kisel tillämpas måste interkalleringen göras med kiselnanopartiklar. En skalbar metod för att framställa kiselnanopartiklar på nanografitflak har tagits fram och presenterats i en artikel av Phadatare et al. Syftet bakom det här arbetet har varit att lägga grund för en storskalig produktion av kiselbaserade anoder avsedda att användas i litiumjonbatterier för att ge dem en ökad kapacitet. Målet med arbetet var att genom laborativa undersökningar presentera hurvida metoden presenterad i artikeln är repeterbar samt hur olika parametrar påverkar resultatet inför en uppskalning. Resultaten bekräftade att metoden presenterad i artikeln är repeterbar och att den tillhörande ugnsprocessen bör utföras i en rörugn. Resultaten visade också att temperaturen för ugnsprocessen inte bör sänkas till så lågt som 600 °C, men att potential finns för att kunna sänka temperaturen från nuvarande 800 °C. Vid nuvarande temperatur bör andelen kisel inte ökas till ≥ 47 %, men bedöms ha potential att kunna ökas från nuvarande 33 %. Resultaten visade endast en liten bildning av kiselnanopartiklar då ett kiselpulver av annan kvalitet än det beskrivet i artikeln användes och visade på att valet av utgångsmaterialet är av stor vikt. Resultaten visade vidare att dispergeringsmedlet polyvinylakohol, PVA, inte kan uteslutas. Resultaten tydde på att det finns potential för att kunna minska andelen PVA, men att det inte bör reduceras till motsvarande en halverad koncerntration av vad som presenterats i artikeln. Resultaten visade också att processen måste utföras i en syrefattig miljö för att inte orsaka oxidaton av nanografiten. Däremot tydde resultaten på att mekanismen för bildningen av kiselnanopartiklar inte är syrekänslig och att mekanismen inte tycks vara beroende av att just PVA utgör den, om teorin stämmer, nödvändiga vätekällan. / In commercial lithium ion batteries graphite is often used in the anode material, mainly because it can reversibly contain lithium ions between the layers. However, graphite has a limited energy density and research is therefore being performed to find methods that will increase the energy density of the anode material. Silicon, which has a significantly higher energy density, can be intercalated in the graphite to increase the energy density. However, in order to avoid a destructive volume expansion that occurs during the lithiation, the intercalation must be performed with silicon nanoparticles. A scalable method for producing silicon nanoparticles on nanographite flakes has been developed and presented in an article by Phadatare et al. The purpose behind this work has been to lay the foundation for large-scale production of silicon- based anodes intended to be used in lithium-ion batteries to provide them with increased capacity. The aim of the work was to present whether the method is repeatable and how different parameters affect the results for an upscaling, which was done through laboratory investigations. The results confirmed that the method presented in the article is repeatable and that the process should be carried out using a tube furnace. The results also showed that the temperature of the oven process should not be lowered to 600 °C, but that there is potential to lower it from the current 800 °C. At the current temperature, the percentage of silicon should not be increased to ≥ 47 %, but is considered to have the potential to be increased from the current 33 %. Only a small proportion of silicon nanoparticles was formed when a silicon powder of a different quality than that described in the article was used and showed that the choice of the silicon starting material is of great importance. The results further revealed that the dispersant polyvinyl alcohol, PVA, cannot be excluded. The results showed that there is potential to reduce the proportion of PVA, but that it should not be reduced to as much as half the concentration that is presented in the article. The results showed that the process must be carried out in an oxygen-poor environment in order not to cause oxidation of the nanographite. However, the results also indicated that the mechanism for the formation of silicon nanoparticles is not oxygen sensitive and that the mechanism, if the existing theory is correct, does not appear to be dependent on PVA beeing the source of hydrogen.

The use of lithium-ion batteries is something that is becoming more common in today’s society. They are found in a variety of electronic equipment such as mobile phones, laptops and tools. Several incidents have been reported due to lithium-ion batteries ending up in a state called thermal runaway. This in combination with the increasing demands for environmentally friendly and sustainable energy in the form of e.g. wind turbines and solar panels, can therefore lead to unforeseen consequences. Residual energy from wind or solar power can be stored in an energy storage, often a battery system of several interconnected lithium-ion batteries. In case of an incident in these storages where a large quantity of these batteries is located, there is a risk that an explosion will occur. This further leads to the interest if it’s possible to prevent an explosion with the help of mechanical ventilation.  The purpose of this report has been to investigate the reasons why these batteries are being able to cause an explosion, what gases are emitted in the event of a thermal runaway and how explosive they are. With the results given it’s possible to then perform calculations on ventilation capacity needed to maintain a non-explosive atmosphere. This was carried out through a literature study of currently available research combined with information from various authorities, hand calculations and calculations in Excel.  With the results of the literature study, it can be stated that the battery cell consisting of the cathode material lithium-nickel-manganese-cobalt oxide (NMC) is most reactive. The most common gases emitted from these cells during thermal runaway are hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, methane, ethylene and ethane. These gases are also the most common gases during thermal runaway when the battery consists of a different cathode material, but the distribution may look different. All of these gases, with the exception of carbon dioxide, are flammable and can contribute to an explosive atmosphere.  Three different scenarios are developed where thermal runaway is assumed to take place at a battery cell inside battery storages of different sizes: two container-based energy storage and one battery storage for home use located in a garage space. In these respective scenarios, a certain number of cells are assumed to be in thermal runaway. The lower flammability limit for the ventilated gas mixture is determined to 8,53% based on the amount of emitted gas and the distribution of it due to thermal runaway. With the knowledge of the lower flammability limit of the emitted gas mixture, as well as other available data from each scenario, the desired capacity for ventilation is calculated at 0,23 m3/s for the two container-based battery storages and at 0,035 m3/s for the battery storage located in the garage space. If this capacity of the ventilation is present when thermal runaway occurs, it means that the concentration of combustible gases should remain below the lower flammability limit. It is worth noting that these calculations were performed to some extent based on assumptions and may therefore be judged more as approximate rather than exact.  The conclusions drawn by the performed calculations are that mechanical ventilation is a potential alternative to ensure that the atmosphere in a battery storage doesn’t become explosive if a thermal runaway occurs in the battery cells.

Since their introduction in the late 20th century, lithium-ion batteries have become the leading battery technology for portable devices and electric vehicles due to their high energy density and rechargeability. However, the increasing demand for a longer battery life span is hindered by the fading of the battery’s charge capacity over prolonged use. This reduction in charge capacity stems from electrochemical and mechanical degradation of the battery cells. The main research focus in the literature has been on the chemical degradation of battery cells. However, the mechanical degradation also substantially contributes to the battery’s capacity degradation. Therefore, it is crucial to understand the mechanical properties of the battery cells to be able to mitigate mechanical degradation. The battery’s mechanical degradation stems from the electrode layers’ constituents. This thesis aims to model the positive electrode’s mechanical properties by recreating its granular microstructure using the discrete element method. In Papers 1 and 2, a discrete element method modelling framework is developed, which can reconstruct a positive electrode layer of a lithium-ion battery, simulate manufacturing processing steps, and determine the mechanical properties of the electrode layer. The framework uses two contact models, representing the positive electrode material in the form of particles and a binder agent, which gives the electrode layer its structural integrity. The framework is used to link the mechanical behaviour of the electrode particles and the binder agent to the mechanical behaviour of the entire electrode layer. The framework is able to capture the layer’s pressure sensitivity and relaxation behaviour, properties which have been displayed in the literature through experimental testing. / Sedan de introducerades i slutet av 1900-talet har litiumjonbatterier blivit den ledande batteriteknologin för portabla enheter samt elfordon på grund av deras höga energidensitet och återladdningförmåga. Den ökade efterfrågan på utökade batterilivslängder är dock hämmad av reduceringen av uppladdningskapacitet över längre användningstider. Denna reducering av laddningskapacitet kommer från elektrokemisk och mekanisk degradering av battericellerna. Det största forskningsintresset i litteraturen har varit på den kemiska degraderingen av battericellerna. Dock ger den mekaniska degraderingen ett betydande bidrag till batteriets kapacitetsdegradering. Därför är det viktigt att förstå battericellens mekaniska egenskaper för att kunna förhindra mekaniskdegradering. Batteriets mekaniska degradering beror på elektrodlagrets beståndsdelar. Denna avhandlings målsättning är att modellera den positiva elektrodens mekaniska egenskaper genom att återskapa dess granulära mikrostruktur med hjälp av diskret elementmetodik. I Artikel 1 och 2 utvecklades ett ramverk för modellering med användning av diskreta elementmetoden, vilket kan återskapa det aktiva lagret för en positiv elektrod, simulera tillverkningsprocesser, samt fastställa elektrodlagrets mekaniska egenskaper. Ramverket använder två kontaktmodeller som representerar det positiva elektrodmaterialet i form av partiklar samt ett bindemedel, som ger elektrodlagret dess strukturella integritet. Ramverket används för att undersöka hur de mekaniska egenskaperna för det hela elektrodlagret beror på egenskaperna för de aktiva partiklarna samt bindemedlet. Ramverket kan fånga lagrets tryckkänslighet samt dess relaxering, egenskaper som har påvisats i litteraturen genom experimentell provning. / <p>Qc240322</p>

I Sverige läggs stort fokus på omställningen till ett hållbart och klimatneutralt samhälle, där avkarbonisering och elektrifiering av transportsektorn anses avgörande för att minska utsläpp av växthusgaser. En storskalig batteriproduktion i Sverige och i Europa medför nya problem kring hållbarhetsaspekter gällande utvinning av råvara som exempelvis litium, kobolt och nickel. Men även andra problem gällande avfallshanteringen av litiumjonbatterier. Återvinning och återbruk av litiumjonbatterier anses vara en viktig del i strävan mot en cirkulär batteriproduktion. Dock finns svårigheter med implementering av dessa processer på en storskalig marknad gällande ekonomiska, miljömässiga och tekniska aspekter. Syftet med arbetet är att kartlägga för- och nackdelar med återbruk av littiumjonbatterier i kontrast till återvinning av littiumjonbatterier som nått sitt förbruknings- (EoL - End of Life) tillstånd och identifiera viktiga aktörer för marknadsutökning av både återbruk och återvinning av litiumjonbatterier. En litteraturstudie gjordes tillsammans med en intervju med företaget Vattenfall. Genom detta identifierades ekonomiska, tekniska och miljömässiga aspekter gällande återvinning och återbruk av litiumjonbatterier.   Resultatet av rapporten visar att smarta automatiserade dataanalyser (smarta algoritmer som självständigt kan sortera olika typer av batterier, fatta beslut om batteriernas tillstånd och genom användning av sensorer kan mäta och kontrollera temperaturförändringar) krävs för att göra batteriåtervinning och återbruk effektivare, säkrare och mer ekonomiskt lönsamt.  Återbruk av litiumjonbatterier förlänger batteriets livslängd där metaller knyts till batterier under en längre tid och kan hjälpa till att minska flaskhalsproblematiken gällande ohållbar metallutvinning. Återbruk kan vara bättre än återvinning ur miljösynpunkt i exempelvis energilagringsapplikationer kopplade till förnybar energiproduktion. Litiumjonbatteriet står för en stor del av elbilens miljöpåverkan. Återbruk av elbilsbatterier i diverse applikationer kan därför göra att elbilens miljöpåverkan minskar då batteriets miljöpåverkan inte bara knyts till elbilen. Idag anses återvinning mer ekonomiskt lönsam och det finns fler aktörer och ekonomiska incitament för att stärka batteriåtervinning än för batteriåterbruk. / Sweden places a lot of focus on the transition to a sustainable and climate-neutral society, where decarbonisation and electrification of the transport sector are considered crucial to reducing emissions of GHG (greenhouse gas). Large-scale battery production in Sweden and in Europe brings new problems regarding waste management and the demand for raw materials used in the manufacturing of lithium-ion batteries. Recycling and reuse of lithium-ion batteries could be an important part of the effort towards a circular battery production chain. However, there are difficulties in implementing these on a large-scale market when it comes to financial, environmental and technical points of view. The purpose of this report is to map the pros and cons of reusing lithium-ion batteries in contrast to recycling the lithium-ion batteries that have reached their EoL (End of Life) and to identify important actors for both methods. A literature study was made as well as an interview with the company Vattenfall. Through this, economical, technical and environmental aspects regarding recycling and reuse of lithium-ion batteries were identified.  The results of the report show that automated data analysis (smart algorithms that can independently sort different types of batteries) is required to make battery recycling and second-life batteries more efficient, safer and more economically viable. The reuse of lithium-ion batteries has the possibility of extending the battery's lifetime and the metal usage and thereby reducing the bottleneck problem regarding unsustainable metal extraction. Second-life applications of LIBs can be better than recycling from an environmental point of view in, for example, energy storage applications linked to an increase in renewable energy. Reusing electric car batteries in other applications can reduce the electric car's environmental impact from a life cycle perspective. Today, there are more financial incentives to strengthen battery recycling than battery reuse.

Denna kandidatuppsats undersöker livscykeln för återvunnen litium i elbilsbatterier, med fokus på återvinningsprocessen och dess miljöpåverkan vid olika stadier i dess livscykel. Målet är att få insikt i miljöeffekterna från främst litium, men också andra värdefulla material i elbilsbatterier, samt hur deras utvinning, användning och återvinning påverkas av politiska riktlinjer och regler. Olika tekniker för återvinning av batterimaterial undersöks, såsom pyrometallurgi, hydrometallurgi och direktåtervinning. Dessa jämförs sedan med avseende på miljökonsekvenser, effektivitet och säkerhet. Påverkan av politik och regleringar på batteriåtervinning analyseras, mer specifikt de riktlinjer som ges av Europeiska unionen inom ramen för Green Deal. Resultatet från vår litteraturstudie bekräftades av en intervju med en representant från Northvolt. Litteraturstudierna har bidragit med mycket information då det finns omfattande forskning inom området, men då många av dessa artiklar har liknande perspektiv fanns det brist på mer nyanserade studier. Intervjun med Northvolt gav också värdefulla insikter i hur företag arbetar med att minska miljöpåverkan. Sammanfattnings visar studien på att de vanligaste återvinningsmetoderna medför både positiva och negativa konsekvenser på återvunnet litiums livscykel. Den har också visat på att det finns politiska direktiv som har fått företag att prioritera sitt hållbarhetsfokus. Följaktligen har företag som redan integrerat hållbarhet som grundvärdering en fördel gentemot de konkurrenter som istället behöver anpassa sig till nya riktlinjer och policys. / This bachelor's thesis explores the lifecycle of recycled lithium in electric vehicle (EV) batteries, with a focus on lithium recycling and its environmental impact at different stages of recycled lithium's lifecycle. The objective is to gain insight into the environmental effects of primarily lithium but also other valuable materials in EV batteries as well as how their extraction, usage and recycling is influenced by political guidelines and regulations. The extraction process of lithium is examined, along with its impact. Additionally, various techniques for battery material recycling are investigated, such as pyrometallurgy, hydrometallurgy and direct recycling. These are then compared with each other in terms of environmental consequences, efficiency, and safety. The impact of policies and regulations on battery recycling is analyzed, specifically the guidelines provided by the European Union in the Green Deal. The literature review work was reinforced by an interview with a representative from Northvolt. These reviews have been beneficial due to the extensive research in the field, although a limitation is the lack of diverse perspectives in the articles. The interview with Northvolt provided insights into how companies are working to reduce environmental impact. In conclusion, this thesis shows that the most commonly used extraction methods of lithium have both positive and negative consequences on the life cycle of recycled lithium. Furthermore, findings of this thesis shows that there are political directives which have prompted companies to prioritize their sustainability focus. Consequently, companies that have already integrated sustainability as a core value have a competitive advantage over their counterparts who need to adjust to new guidelines and policies.

With the rapid increase of renewable energy in the electricity grids, the need for energy storage continues to grow. One of the technologies that are gaining interest for utility-scale energy storage is lithium-ion battery energy storage systems. However, their environmental impact is inevitably put into question against lead-acid battery storage systems. Therefore, this study aims to conduct a comparative life cycle assessment (LCA) to contrast the environmental impact of utilizing lithium-ion batteries and lead-acid batteries for stationary applications, specifically grid storage. The main tools in this study include Microsoft Excel for the life cycle inventory and OpenLCA for life cycle modelling and sensitivity analysis. In this research, a cradle-to-grave LCA for three lithium-ion battery chemistries (i.e. lithium iron phosphate, nickel cobalt manganese, and nickel cobalt aluminium) is conducted. The impact categories are aligned with the Environmental Footprint impact assessment methodology described by the European Commission. The standby grid operation scenario is considered for estimating the environmental impacts, where the batteries would deliver 4,800 kWh of electric energy throughout 20 years. Consequently, the functional unit will be in per kWh energy delivered. The lead-acid battery system has the following environmental impact values (in per kWh energy delivered): 2 kg CO2-eq. for climate change, 33 MJ for fossil resource use, 0.02 mol H+-eq. for acidification, 10-7 disease incidence for particulate emission, and 8x10-4 kg Sb-eq. for minerals resource use. Going back to the lithium-ion batteries systems, for the climate change and fossil resource use impact categories, the best performer is found to be the nickel cobalt aluminium (NCA) lithium-ion battery, with 46% and 45% less impact than lead-acid for the respective categories. On the other hand, the nickel manganese cobalt (NMC) was the best for the acidification and particulate emission impact categories with respective 65% and 51% better performance compared to lead-acid batteries. Finally, for the minerals and metals resource use category, the lithium iron phosphate battery (LFP) is estimated to be the best performer, which is 94% less than lead-acid. To conclude, the life cycle stage determined to have the largest contribution for most of the impact categories was the use stage, which then becomes the subject to a sensitivity analysis. The sensitivity analysis was done by varying the renewable contribution of the electricity grids in the use phase. Overall, the lithium-ion batteries systems have less environmental impact than lead-acid batteries systems, for the observed impact categories. The findings of this thesis can be used as a reference to decide whether to replace lead-acid batteries with lithium-ion batteries for grid energy storage from an environmental impact perspective. / Med den snabba ökningen av förnybar energi i elnäten, fortsätter behovet av energilagring att växa. En av de tekniker som växer intresse för energilagring på nyttan är litiumjon batteriets energilagringssystem. Emellertid, deras miljöpåverkan ifrågasätts oundvikligen mot blysyrabatteri lagringssystem. Därför syftar denna studie till att göra en komparativ livscykelanalys (LCA) för att komparera miljöpåverkan av att använda litiumjonbatterier och blybatterier för stationära applikationer, särskilt för nätlagring. I denna forskning genomfördes en vagga-till-grav-LCA (eller cradle-to-grave i engelska) för tre litiumjonbatterikemi (litium järn fosfat, nickel kobolt mangan, och nickel cobalt aluminium). Effektkategorier anpassades till miljökonsekvensbedömning metoden som beskrivs av Europeiska kommissionen. Det användningsfall scenariot för batterierna var standby läget, där batterierna leverera 4800 kWh elektrisk energi för 20 år. Följaktligen den funktionella unit är i ‘per kWh levererad energi’. Blysyrabatteriet hade följande ungefärliga miljöpåverkansvärden (i per kWh levererad energi): 2 kg CO2-eq. för climate change, 33 MJ för fossil resource use, 0.02 mol H+-eq. för acidification, 10-7 disease incidence för particulate emission, and 8x10-4 kg Sb-eq. för minerals resource use. Tillbaka till litiumjonbatterierna, för climate change och fossil resource use resursanvändnings kategorier, den bäst presterande var litiumjonbatteriet nickel kobolt aluminium (NCA). Det hade 46% och 45% mindre påverkan än blysyrabatteriet för respektive kategori. Å andra sidan, var nickel mangan kobolt (NMC) bäst för acidifcation och particulate emission kategorier. De är 65% och 51% bättre än blysyra för kategorierna. Slutligen, litium järn fosfat batteriet (LFP) är det bäst presterande för resource use of minerals and metals kategoriet, vilket det är 94% mindre än blysyra. Avslutningsvis, det livscykelstadier som var bestämt att ha det största bidraget för de flesta av påverkningskategorierna är användningsstadiet, som sedan blir föremål för en känslighetsanalys. I slutändan, litiumjonbatterierna ha mindre miljöpåverkan än blybatterier i detta projekt, för de observerade slagkategorierna. Resultaten av denna avhandling kan sedan användas som referens för att avgöra om bly-syrabatterier ska ersättas med litiumjonbatterier för energilagring ur ett miljöeffektperspektiv.

Lithium‐ion batteries are particularly suitable as energy storage solutions in high power applications, such as hybrid electric vehicles. It is generally considered that one of the processes that limit the power density for lithium‐ion batteries is the mass transport in the electrolyte. Yet, it is still difficult to find a set of properties that fully describe the mass transport for the most common electrolytes. In this work, characterization studies of the mass transport were undertaken for two technically important lithium‐ion battery electrolytes: (1) a liquid electrolyte which consist of LiPF6 dissolved in ethyl methyl carbonate (EMC) and ethylene carbonate (EC) and, (2) a gel electrolyte which consists of LiPF6 dissolved in ethylene carbonate, propylene carbonate (PC) and poly(vinylidenefluoride‐hexafluoropropylene) (P(VdFHFP)).The mass transport in the electrolytes was characterized by combining several experiments. The Maxwell‐Stefan equation was used as basis for the characterization. Models of the transport were formulated from the equation and the apparent transport properties were identified. The characterization methods were first analyzed mathematically in order to establish at which conditions the characterization experiments should be performed. The values of the apparent transport properties were then obtained by optimizing the models to the experimental responses. In order to give the characterization results a comprehensible interpretation and to allow benchmarking of electrolytes, the concept of a normalized potential gradient was introduced.The characterization results of the liquid electrolyte were used in a full cell model of a LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 | LiPF6 EC:EMC (3:7) | MAG‐10 cell. The model was developed to analyze the mass transport during a hybrid pulse power characterization (HPPC) test. The analysis was made with a method where the polarization was split up into parts each associated with a process within the cell. The optimum composition in terms of mass transport was found to lie between 0.5 and 1.2 mol/dm3 LiPF6 for the liquid electrolyte and between 5 and 7 wt. % LiPF6 for the gel electrolyte. Less amount of polymer in the gel electrolyte gave a faster mass transport. It was also found that the mass transport in the liquid electrolyte contributed to a major part of the polarization during HPPC tests. / Litiumjonbatterier är speciellt lämpliga som ackumulatorer i högeffektsapplikationer som elhybridfordon. Det är idag allmänt accepterat att en av processerna som begränsar effekttätheten för litiumjonbatterier är masstransporten i elektrolyten. Trots detta är det fortfarande svårt att få tag på data som fullständigt beskriver masstransporten i de vanligaste elektrolyterna. I det här arbetet har masstransportkarakteriseringar gjorts för två tekniskt viktiga elektrolyter: (1) en vätskeelektrolyt som består av LiPF6 upplöst i etylenkarbonat (EC) och etylmetylkarbonat (EMC), och (2) en gel elektrolyt som består av LiPF6 upplöst i EC, propylenkarbonat (PC) och poly(vinylidene fluoride‐hexafluoro propylene) (P(VdFHFP)). Masstransporten i elektrolyterna karakteriserades genom att kombinera ett antal karakteriseringsexperiment. Maxwell‐Stefans ekvation användes som utgångspunkt i karakteriseringarna. Modeller av transporten formulerades från ekvationen och de effektiva transportegenskaperna identifierades. En matematisk analys gjordes först av karakteriseringstekniken, så att det kunde fastslås för vilka förhållanden experimenten skulle utföras. Värderna av transportegenskaperna erhölls genom att optimera modellerna till det experimentella beteendet. För att ge karakteriseringsresultaten en begriplig tolkning och för att kunna mäta prestandan av elektrolyter, infördes konceptet normaliserad potentialgradient. Resultatet från karakteriseringen av vätskeelektrolyten användes i en model av en LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 | LiPF6 EC:EMC (3:7) | MAG‐10 cell. Modellen utvecklades för att analysera masstransporten i cellen under ett hybridpulstest (HPPC). Analysen gjordes med en metod där polarisationen delades upp i delar som var och en var kopplad till en process i batteriet. Den optimala sammansättningen med avseende på masstransporten låg i regionen 0.5–1.2 mol/dm3 LiPF6 för vätskeelektrolyten och 5‐7 vikt% LiPF6 för gelelektrolyten. Mindre mängd polymer i gelelektrolyten gav en snabbare masstransport. Det konstaterades också att masstransporten i vätskeelektrolyten bidrog med en av de största delarna till polarisationen i HPPC testen. / QC 20110128

In this thesis the potential benefits of combining a photovoltaic (PV) system with a battery storage are investigated. The thesis is conducted at the company WSP in Uppsala and the aim is to design a PV system for the new city bus depot that is planned to be built in Uppsala, estimate the PV system capacity and investigate whether a battery storage can increase the self-consumption of the system. The results of this study are that the most appropriate installation of the PV modules is to place them horizontally on the roof and by that one can achieve an installed power of 715 kWp and a total annual electricity production of 871 MWh. This corresponds to a self-sufficiency of 29 % and a self-consumption of 92 %, which indicate that overproduction of electricity sometimes occurs. How different battery storages, based on both lead-acid and lithium-ion batteries, affect the system is evaluated by developing a battery model in MATLAB. From the results of the battery model it is concluded that battery storages with a capacity of 0.3–0.8 kWh/kWp are most suitable to combine with the PV system and this applies to both lead-acid and lithium-ion batteries. The interval 0.3–0.8 kWh/kWp corresponds to battery capacities of 200–600 kWh and the self-consumption increases to 93–94 % for the lead-acid battery storages and to 93–95 % for the lithium-ion battery storages. The economic analysis show that it is generally more profitable to increase self-consumption of self-produced PV power than to sell it to the grid. However, the high costs that are associated with the battery storages eliminates the economic benefits of the increased self-consumption of PV power. Therefore, it is not considered possible to justify the installation of a battery storage at the bus depot.

Sammanfattning på svenska: I nutiden, forskning och innovationer båda från akademi och industri försätter för att minska effekterna från klimatförändring. Ett av många viktiga område där utvecklingen fortsätter är litiumjonbatterier (LIB). På grund av den ökade energiförbrukningen i många områden (främst transporter) har ökat fossila bränsleförbrukningar och orsakat behovet av energi att lagras mer. Samhället kan inte bara fokusera på global miljövänlig batteriproduktion för att lösa detta problem. Samtidigt är det nödvändigt att koncentrera på hur man utvärderas begagnade batterierna som vi redan har. Återvinning av litiumjonbatterier har därför börjat få en ökad betydelse. Utmaningar för batteri återvinning är energi kravet för steg på processen och andra processer kan orsaka att skadliga ämnen släpps ut i naturen. Därför är det mycket viktigt att veta hur ett batteri påverkas av interna och externa förändringar från första till sista steget i återvinning och hur detta kommer att påverka de andra stegen. Detta examensarbete fokuserar på lösningsbaserade urladdningssteget i LIB-återvinning och syftar till att hitta den optimal temperatur genom att utforska möjliga förändringar som observerats på katodmaterialet. Inom ramen för projektet planerades temperaturoptimeringsstudien att göras genom att kombinera kemiska förändringar både inom och utanför batteriet i lösningsurladdningen. Detta är med en diskussion om särskilt fokus på att uppnå en hållbar återhämtning och kvaliteten på katodmaterialet. / In today's world, where global warming is felt in every sense, Research &amp; Development (R&amp;D) studies are continuing rapidly both in companies and in research networks to minimize its effects. One of the most important areas where developments continue is on lithium-ion batteries (LIBs). The increased energy consumption in many areas (mainly transportation), has increased fossil fuel consumption and caused the need for energy to be stored more. In this sense, focusing on only global-environmentally friendly battery production is insufficient to solve this problem. At the same time, it is necessary to concentrate on how to evaluate the used batteries that we already have. Therefore, lithium-ion battery recycling has begun to gain importance. Challenges for battery recycling are that some of the processes require energy inputs and others can generate harmful substances that require containment. Therefore, it is very important to know how a battery is affected by internal and external changes from the first to the last stage of recycling and how this will affect the other stages. This master thesis focuses on the solution discharge step in LIB recycling and aims to find the optimum temperature range for the discharge step of LIB recycling by exploration of the possible changes observed on the cathode material. In the scope of the project, the temperature optimization study was done by combining the chemical changes both inside and outside of the battery in the solution discharge. This is with a discussion of a particular focus on achieving a sustainable recovery and the quality of cathode material.