Στη σύγχρονη εποχή, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου/Li-ion Batteries (LIBs) χρησιμοποιούνται ευρέως σε προηγμένες τεχνολογικές συσκευές και Ηλεκτρικά Οχήματα/Electric Vehicles (EVs). Η ζήτησή τους σε παγκόσμιο επίπεδο αυξάνεται συνεχώς και αναμένεται να αυξηθεί ακόμη περισσότερο στο μέλλον, δημιουργώντας ένα νέο ρεύμα αποβλήτων. Επιπλέον, τα αποθέματα των πρώτων υλών τους (Li, Co, Ni κ.λπ.) είναι περιορισμένα και συνεχώς μειώνονται. Οι διεργασίες επεξεργασίας των χρησιμοποιημένων LIBs βρίσκονται ακόμη σε στάδιο ανάπτυξης, χωρίς να έχει βρεθεί ακόμα η βέλτιστη διεργασία. Συνεπώς, η μέγιστη αξιοποίηση και ανακύκλωσή τους, αποτελεί επί του παρόντος μία σημαντική λύση, με θετικές επιπτώσεις σε κοινωνικό, οικονομικό και περιβαλλοντικό επίπεδο. Η σωστή διαχείριση των LIBs μέσω της ανακύκλωσης, δύναται να συνδράμει στην ελαχιστοποίηση των αρνητικών επιπτώσεων μετά το πέρας της διάρκειας ζωής τους, καθώς και να συμβάλει στη μείωση της ανάγκης για εξόρυξη των απαιτούμενων πρώτων υλών.

Στην παρούσα μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία, αρχικά παρατίθενται λεπτομέρειες σχετικά με το λίθιο (Li), με στόχο να εξεταστούν οι τυχόν προκλήσεις που παρουσιάζονται στην εφοδιαστική αλυσίδα. Στη συνέχεια, αναλύονται οι LIBs, ως προς τη δομή τους και αναφέρονται τα πλεονεκτήματα τους, έναντι των υπόλοιπων χρησιμοποιούμενων μπαταριών. Σκοπός της εν λόγω ανάλυσης είναι η κατανόηση και η πληροφόρηση σχετικά με το πλήθος των σημαντικών στοιχείων που περιέχουν, καθώς και των μεγάλων αλλαγών που επιφέρουν στην παγκόσμια βιομηχανία. Επίσης, η ανάλυση των ισχυόντων νομοθετικών πλαισίων σε ευρωπαϊκό και εθνικό επίπεδο συμβάλει στην κατανόηση των απαιτήσεων για την ορθή διαχείριση των συσσωρευτών, ειδικότερα όσον αφορά την επαναχρησιμοποίηση και την ανακύκλωση.

Η αναγκαιότητα της ανακύκλωσης αναλύεται με βάση τα οφέλη που προκύπτουν, ενώ πραγματοποιείται μια ολοκληρωμένη ανασκόπηση των τελευταίων τεχνολογιών που εφαρμόζονται στις διεργασίες ανακύκλωσης. Στόχος, εκτός από τη βιβλιογραφική αναφορά στους τρόπους ανακύκλωσης, είναι η παρουσίαση των βασικών πλεονεκτημάτων και μειονεκτημάτων των διεργασιών ανακύκλωσης βάσει σχετικών πρόσφατων ερευνητικών αναφορών. Συμπερασματικά, οι μελλοντικές τεχνολογίες ανακύκλωσης θα συνδυάζουν πυρομεταλλουργικές και υδρομεταλλουργικές διεργασίες. Κατά τη σύγκριση των πλεονεκτημάτων και των μειονεκτημάτων, φαίνεται ό τι οι υδρομεταλλουργικές διεργασίες είναι πιο ελπιδοφόρες, ενώ λαμβάνοντας υπόψη το κόστος της διεργασίας ανακύκλωσης, η υδρομεταλλουργική επεξεργασία είναι η φθηνότερη διεργασία, ενώ η πυρομεταλλουργική η πιο ακριβή. Η άμεση ανακύκλωση μπορεί να οδηγήσει σε υψηλότερα έσοδα σε σύγκριση με τις πυρομεταλλουργικές και υδρομεταλλουργικές διεργασίες, καθώς μπορεί να ανακτηθεί μεγαλύτερη ποσότητα υλικού.

Στο πλαίσιο της πρακτικής ανάλυσης, αναπτύσσεται ένα μοντέλο για την απόδοση της ανακύκλωσης στην Ελλάδα και τον υπολογισμό του κέρδους, με βάση τα υλικά της καθόδου από LIB, για το έτος 2033. Η μπαταρία που εξετάστηκε είναι η «NMC-111», η οποία χρησιμοποιείται στα μοντέλα με τις υψηλότερες εμπορικές πωλήσεις στην Ελλάδα το 2023. Επιπλέον, υπολογίζεται η μάζα κάθε στοιχείου στην κάθοδο της κυψέλης και στη συνέχεια υπολογίζεται η συνολική μάζα κάθε στοιχείου της μπαταρίας. Στη συνέχεια, εκτιμάται η πιθανή ανάκτηση αυτών των πρώτων υλών από την ανακύκλωση, χρησιμοποιώντας τους εκτιμώμενους στόχους της Ευρωπαϊκής Ένωσης για ανακύκλωση. Η καθαρή αξία του ανακτηθέντος υλικού εκτιμάται σε περίπου 14 % του αρχικού κόστους της μπαταρίας. Τέλος, βάσει του συνολικού αριθμού των μπαταριών από τα επιβατικά οχήματα, που θα αποτελούν απόβλητα το 2033 στην Ελλάδα, υπολογίζεται η καθαρή αξία των υλικών που δύνανται να ανακτηθούν και είναι ίση με 3.200.000 US$ ή 2.900.000 €. Οι υπολογισμοί που παρουσιάζονται στην παρούσα εργασία είναι μια πρώτη προσέγγιση που δύναται να επεκταθεί σε μια πιο ολιστική προσέγγιση βάσει της ανάλυσης του κύκλου ζωής. 

Nowadays, Li-ion Batteries (LIBs) are widely used in advanced technological devices and Electric Vehicles (EVs). Their demand on a global scale is continuously increasing and is expected to further rise in the future, creating a new stream of waste. Additionally, the reserves of their primary materials (Li, Co, Ni, etc.) are limited and continually decreasing. The processes for recycling used LIBs are still in the developmental stage, with the optimal procedure yet to be found. Therefore, maximizing their utilization and recycling is currently a significant solution, with positive implications on social, economic, and environmental levels. Proper management of LIBs through recycling can help minimize the negative impacts after their lifespan and reduce the need for mining the required raw materials.

This master's thesis provides details regarding lithium (Li) with the aim of examining any challenges present in the supply chain. Subsequently, LIBs are analyzed in terms of their structure and their advantages are compared to other types of batteries. The purpose of this analysis is to understand and inform about the number of significant elements they contain, as well as the significant changes they bring to the global industry. Additionally, the analysis of existing legislative frameworks at the European and national levels contributes to understanding the requirements for proper battery management, particularly concerning reuse and recycling.

The necessity of recycling is analyzed based on the benefits it yields, while a comprehensive review of the latest technologies applied in recycling processes is conducted. Besides literature referencing recycling methods, the main goal is to present the key advantages and disadvantages of recycling processes based on recent research reports. In conclusion, future recycling technologies will combine pyrometallurgical and hydrometallurgical processes. Comparing the advantages and disadvantages reveals that hydrometallurgical processes are more promising, while by considering the cost of the recycling process, hydrometallurgy is the cheapest route, while pyrometallurgy is the most expensive. Direct recycling can lead to higher revenues compared to pyrometallurgical and hydrometallurgical processes, as a larger amount of material can be recovered.

Within the practical analysis framework, a model for the performance of recycling in Greece is developed, and the profit is calculated based on the materials of the cathode from LIBs, for the year 2033. The battery examined is "NMC-111," which is used in models with the highest commercial sales in Greece in 2023. Additionally, the mass of each element in the cathode of the cell is calculated, and then the total mass of each element of the battery is calculated. Subsequently, the possible recovery of these raw materials from recycling is estimated using the European Union's recycling targets. The net value of the recovered material is estimated to be approximately 14% of the initial cost of the battery. Finally, based on the total number of batteries from passenger cars expected to be wastes in Greece in 2033, the net value of the recoverable materials is calculated to be $3,200,000 or €2,900,000. The calculations presented in this work are a first approximation that can be expanded into a more holistic approach based on lifecycle analysis.