Hielscher تكنولوجيا الموجات فوق الصوتية

Ultrasonics لإعادة تدوير بطاريات ليثيوم أيون

  • بطاريات Lithium-ion المستخدمة في السيارات الكهربائية تأتي الآن فقط إلى السوق الشامل ومعها ، يجب تطوير قدرات إعادة التدوير.
  • يعتبر الارتشاح بالموجات فوق الصوتية تقنية فعالة وصديقة للبيئة لاستعادة المعادن مثل Li و Mg و Co و Ni وغيرها من بطاريات Li-ion المستهلكة.
  • تعتبر أنظمة الموجات فوق الصوتية الصناعية Hielscher لتطبيقات الترشيح موثوقة وقوية ويمكن دمجها بسهولة في محطات إعادة التدوير الحالية.

إعادة تدوير بطاريات ليثيوم أيون

وتستخدم بطاريات ليثيوم أيون على نطاق واسع في المركبات الكهربائية (EV)، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة. وهذا يعني أن بطاريات أيونالليثيوم المستهلكة تشكل تحدياً حالياً فيما يتعلق بإدارة النفايات وإعادة تدويرها. البطاريات هي سائق تكلفة رئيسية للمركبات الكهربائية، والتخلص منها مكلفة، أيضا. الجوانب البيئية والاقتصادية تدفع إلى حلقة إعادة تدوير مغلقة لأن نفايات البطارية تحتوي على مواد قيمة وتساعد على الحد من البصمة الكربونية لتصنيع بطاريات ليثيوم أيون.
إن إعادة تدوير بطاريات Li-ion تنمو إلى قطاع صناعي مزدهر من أجل ضمان توافر المعادن الأرضية النادرة وغيرها من مكونات البطارية في المستقبل ولتقليل التكاليف البيئية للتعدين.

الارتشاح بالموجات فوق الصوتية الصناعية

يمكن تطبيق عملية الارتشاح بالموجات فوق الصوتية واستخراج المعادن على عمليات إعادة تدوير بطاريات أكسيد الكوبالت الليثيوم (على سبيل المثال من أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف الذكية وما إلى ذلك) وكذلك بطاريات الليثيوم والنيكل والمنغنيز والكوبالت المعقدة (مثل المركبات الكهربائية).
Cavitation produced by Hielscher's UIP1000hdT with cascatrode إن الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة معروفة بقدرتها على معالجة السوائل الكيميائية والملاط من أجل تحسين نقل الكتلة وبدء التفاعلات الكيميائية.
وتستند الآثار المكثفة للقوة ultrasonication على ظاهرة التجويف الصوتية. عن طريق اقتران الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة في السوائل / الطين ، فإن الموجات المتناوبة ذات الضغط المنخفض والضغط العالي في السوائل تولد فقاعات فراغ صغيرة. ينمو الفراغ الفراغي الصغير عبر دورات الضغط المنخفض / الضغط العالي حتى ينفجر بعنف. يمكن اعتبار فقاعات الفراغ المنهارة بمثابة ميكرواريارات حيث درجات حرارة تصل إلى 5000 كيلوبايت ، وضغوط تصل إلى 1000 طن ، ومعدلات تدفئة وتبريد أعلى من 10-10 تحدث. علاوة على ذلك ، يتم توليد قوى القص الهيدروديناميكية القوية والنفاثات السائلة ذات سرعة تصل إلى 280 متر / ثانية. هذه الظروف القاسية للتجويف الصوتي تخلق ظروفًا فيزيائية وكيميائية غير عادية في السوائل الباردة وخلق بيئة مفيدة للتفاعلات الكيميائية (كيمياء السونوم).

Hielscher's ultrasonicators are reliable and robust systems for the leaching of metals.

48kW المعالج بالموجات فوق الصوتية
لتطبيقات تتطلب مثل ترشيح المعادن

طلب معلومات





الارتشاح بالموجات فوق الصوتية في إعادة تدوير بطاريات Li-Ion المستهلكة. (اضغط للتكبير!)

الترشيح بالموجات فوق الصوتية للمعادن من نفايات البطاريات المستنفدة.

التجويف المتولد عن طريق الموجات فوق الصوتية يمكن أن يحرض التحلل الحراري للمحلول وكذلك تكوين جذور وكواشف تفاعلية للغاية ، مثل الجذور الحرة وأيونات الهيدروكسيد (OH) والهيدرونيوم (H3O +) وما إلى ذلك ، التي توفر ظروف تفاعل غير عادية في السائل بحيث يزداد معدل التفاعل بشكل ملحوظ. يتم تسريع المواد الصلبة مثل الجسيمات بواسطة الطائرات السائلة ويتم طحنها من خلال الاصطدام بين الجسيمات والتآكل مما يزيد من مساحة السطح النشطة وبالتالي نقل الكتلة.
الميزة العظيمة المتمثلة في الارتشاح بالموجات فوق الصوتية واستعادة المعادن هي التحكم الدقيق في معلمات العملية مثل الاتساع والضغط ودرجة الحرارة. تسمح هذه المعلمات بضبط ظروف التفاعل تمامًا لوسط العملية والإخراج المستهدف. علاوة على ذلك ، يزيل الترشيح بالموجات فوق الصوتية حتى أصغر الجسيمات المعدنية من الركيزة ، مع الحفاظ على البنى الدقيقة. ويرجع الفضل في استعادة المعادن المحسنة إلى إنشاء فوق صوتي لأسطح عالية التفاعل ومعدلات تفاعل متزايدة ونقل جماعي محسن. يمكن تحسين عمليات الإشعاع من خلال التأثير على كل معلمة ، وبالتالي فهي لا تكون فعالة للغاية فحسب ، بل إنها ذات كفاءة عالية في استخدام الطاقة.
التحكم الدقيق للمعلمة وكفاءة الطاقة يجعل ترشيح الموجات فوق الصوتية بتقنية مواتية وممتازة – خاصة عند مقارنتها بتقنيات الحامض المعقدة و عمليات استخلاب الحمض.

الانتعاش بالموجات فوق الصوتية من LiCoO2 من بطاريات ليثيوم أيون المستنفدة

Ultrasonication يساعد على الترشيح الاختزالية وهطول المواد الكيميائية ، والتي تستخدم لاسترداد لى كلى2شركة3 وشركاه كو (OH)2 من نفايات بطاريات ليثيوم أيون.
زانج وآخرون. (2014) تقرير الاسترداد الناجح ل LiCoO2 باستخدام مفاعل فوق صوتي. من أجل إعداد حل البدء من 600mL ، وضعوا 10g من LiCoO غير صالح2 مسحوق في كوب ، وأضاف 2.0mol / L من الحل LiOH ، والتي كانت مختلطة.
تم صب الخليط في الإشعاع فوق الصوتي وبدأ جهاز التحريك ، تم وضع جهاز التقليب في داخل حاوية التفاعل. كانت ساخنة إلى 120 درجة مئوية ، ثم جهاز الموجات فوق الصوتية تم تعيينه إلى 800W وتم تعيين وضع الحركة فوق الصوتية إلى دورات واجب نابض من 5 ثانية. ON / 2 ثوانٍ. إيقاف. تم تطبيق التشعيع فوق الصوتي لمدة 6 ساعات ، ثم تم تبريد خليط التفاعل إلى درجة حرارة الغرفة. تم غسل البقايا الصلبة عدة مرات بالماء منزوع الأيونات وتجفيفه عند 80◦مئوية حتى وزن ثابت. تم جمع العينة التي تم الحصول عليها للاختبار اللاحق وإنتاج البطارية. تبلغ سعة الشحن في الدورة الأولى 134.2mAh / g وتبلغ قدرة التفريغ 133.5mAh / g. كانت كفاءة الشحن والتفريغ لأول مرة 99.5 ٪. بعد 40 دورة ، لا تزال سعة التفريغ 132.9mAh / g. (تشانغ وآخرون 2014)

بلورات LiCoO2 المستعادة فوق الصوتية. (اضغط للتكبير!)

تستخدم بلورات LiCoO2 قبل (أ) وبعد العلاج (ب) بالموجات فوق الصوتية عند 120 درجة مئوية لمدة 6 ساعات. المصدر: تشانغ وآخرون. 2014

الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية بالأحماض العضوية مثل حامض الستريك ليس فعالاً فحسب بل أيضاً صديق للبيئة. ووجدت الأبحاث أن عملية الغسل في الـ Co and Li أكثر كفاءة مع حامض الستريك مقارنة بالأحماض غير العضوية H2وبالتالي4 و HCl. تم انتشال أكثر من 96٪ Co و 100٪ Li تقريبًا من بطاريات الليثيوم-أيون المستهلكة. حقيقة أن الأحماض العضوية مثل حامض الستريك وحمض الخليك غير مكلفة وقابلة للتحلل الحيوي ، ويسهم في مزيد من المزايا الاقتصادية والبيئية من صوتنة.

عالية الطاقة الصناعية الفوق

UIP4000hdT - Hielscher's 4kW high-performance ultrasonic system Hielscher Ultrasonics هي المورد ذو الخبرة الطويلة لأنظمة الموجات فوق الصوتية عالية الكفاءة والموثوق بها ، والتي توفر الطاقة المطلوبة لترشيح المعادن من مواد النفايات. من أجل إعادة معالجة بطاريات Li-ion عن طريق استخراج المعادن مثل الكوبالت والليثيوم والنيكل والمنغنيز ، تعد أنظمة الموجات فوق الصوتية القوية والقوية ضرورية. Hielscher Ultrasonics’ الوحدات الصناعية مثل UIP4000hdT (4 كيلوواط)، UIP10000 (10 كيلو واط) و UIP16000 (16KW) هي أقوى أنظمة الموجات فوق الصوتية عالية الأداء وقوية في السوق. يمكن تشغيل جميع وحداتنا الصناعية بشكل مستمر بسعات عالية تصل إلى 200 ميكرومتر في عملية 24/7. لمزيد من السعات ، تتوفر سونوترودس الموجات فوق الصوتية المخصصة. قوة المعدات Hielscher في الموجات فوق الصوتية يسمح للتشغيل 24/7 في الثقيلة وفي البيئات الصعبة. توفر Hielscher سونوترودات ومفاعلات خاصة لدرجات الحرارة العالية والضغوط والسوائل المسببة للتآكل أيضًا. وهذا يجعل أجهزة الموجات فوق الصوتية الصناعية الخاصة بنا أكثر ملاءمة لتقنيات الاستخلاص التعديني ، مثل معالجات الميتالورجية.

الجدول أدناه يعطيك مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لultrasonicators لدينا:

دفعة حجم معدل المد و الجزر الأجهزة الموصى بها
00.1 إلى 20L 00.2 إلى 4L / دقيقة UIP2000hdT
10 إلى 100L 2 إلى 10L / دقيقة UIP4000
زمالة المدمنين المجهولين 10 إلى 100L / دقيقة UIP16000
زمالة المدمنين المجهولين أكبر مجموعة من UIP16000

اتصل بنا! / اسألنا!

يرجى استخدام النموذج أدناه، إذا كنت ترغب في طلب معلومات إضافية حول التجانس بالموجات فوق الصوتية. سنكون سعداء لنقدم لكم نظام الموجات فوق الصوتية تلبية الاحتياجات الخاصة بك.









يرجى ملاحظة لدينا سياسة الخصوصية.


مراجع الادب

  • Golmohammadzadeh R.، Rashchi F.، Vahidi E. (2017): استرداد الليثيوم والكوبالت من بطاريات الليثيوم - أيون المستهلكة باستخدام الأحماض العضوية: عملية التحسين والجوانب الحركية. إدارة النفايات 64 ، 2017. 244–254.
  • شين س. م. Lee D.-W .؛ وانج جى. (2018): تصنيع النيكل نانوسيزر مسحوق من LiNiO2 من بطارية ليثيوم أيون المستهلكة. المعادن 8 ، 2018.
  • Zhang Z.، He W.، Li G.، Xia J.، Hu H.، Huang J. (2014): Hydrothermal Renovation of LiCoO by Ultrasound-assisted Renovation2 من كاثود بطاريات ليثيوم أيون المستهلكة. كثافة العمليات. J. Electrochem. Sci.، 9 (2014). 3691-3700.
  • Zhang Z.، He W.، Li G.، Xia J.، Hu H.، Huang J.، Shengbo Z. (2014): Recovery of Lithium Cobalt Oxide Material from the Cathode of Spent Lithium-Ion Batteries. ECS Electrochemistry Letters، 3 (6)، 2014. A58-A61.


حقائق تستحق العلم

بطاريات ليثيوم أيون

بطاريات ليثيوم أيون (LIB) هي المصطلح الجماعي للبطاريات (القابلة لإعادة الشحن) التي توفر كثافة طاقة عالية وكثيراً ما يتم دمجها في الإلكترونيات الاستهلاكية مثل السيارات الإلكترونية ، والسيارات الهجينة ، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة ، والهواتف المحمولة ، وأجهزة الآي بود ، إلخ. المتغيرات الأخرى للبطاريات القابلة لإعادة الشحن ذات الحجم والقدرة المتشابهة ، LIBs أخف بشكل ملحوظ.
بخلاف بطارية الليثيوم الأساسية القابلة للتصرف ، يستخدم LIB مركب الليثيوم المقحم بدلاً من الليثيوم المعدني كقطب كهربائي. المكونات الرئيسية لبطارية ليثيوم أيون هي أقطابها – الأنود والكاثود – والكهارل.
تشترك معظم الخلايا في مكونات مشتركة من حيث الإلكتروليت والفاصل والرقائق والأغطية. الاختلاف الرئيسي بين تقنيات الخلايا هو المادة المستخدمة “المواد الفعالة” مثل الكاثود والأنود. الجرافيت هو المادة الأكثر استخدامًا مثل الأنود ، في حين أن الكاثود مصنوع من طبقات LiMO2 (M = Mn ، Co ، و Ni) ، الإسبنيل LiMn2ال4أو olivine LiFePO4. إن الإلكتروليتات السائلة العضوية بالكهرباء (على سبيل المثال ، ملح LiPF6 المذاب في خليط من المذيبات العضوية ، مثل كربونات الإيثيلين (EC) ، كربونات الميثيل (DMC) ، كربونات ثنائي إيثيل (DEC) ، إيثيل ميثيل كربونات (EMC) ، إلخ) تسمح الحركة الأيونية.
اعتمادا على المواد الموجبة (القطب السالب) الإيجابية والسالبة (الأنود) ، تختلف كثافة الطاقة والجهد الكهربي للـ LIB على التوالي.
عندما تستخدم في السيارات الكهربائية ، وغالبا ما تستخدم بطارية السيارة الكهربائية (EVB) أو بطارية الجر. وتستخدم بطاريات الجر هذه في الرافعات الشوكية ، عربات الغولف الكهربائية ، أجهزة غسل الأرضيات ، الدراجات النارية الكهربائية ، السيارات الكهربائية ، الشاحنات ، الشاحنات الصغيرة ، وغيرها من المركبات الكهربائية.

إعادة تدوير المعادن من بطاريات ليثيوم أيون المستهلكة

بالمقارنة مع أنواع البطاريات الأخرى التي تحتوي غالباً على الرصاص أو الكادميوم ، تحتوي بطاريات Li-ion على معادن أقل سمية وبالتالي تعتبر صديقة للبيئة. ومع ذلك ، فإن الكمية الهائلة من بطاريات Li-ion المستهلكة ، والتي سيتعين التخلص منها كبطاريات مستهلكة من السيارات الكهربائية ، تمثل مشكلة النفايات. لذلك ، فإن حلقة إعادة التدوير المغلقة لبطاريات Li-ion ضرورية. من وجهة نظر اقتصادية ، يمكن استعادة العناصر المعدنية مثل الحديد والنحاس والنيكل والكوبالت والليثيوم وإعادة استخدامها في إنتاج بطاريات جديدة. إعادة التدوير يمكن أن تمنع حدوث نقص في المستقبل أيضًا.
على الرغم من أن البطاريات التي تحتوي على شحنات النيكل الأعلى تأتي إلى السوق ، لا يمكن إنتاج بطاريات بدون الكوبالت. يأتي محتوى النيكل الأعلى بتكلفة: مع زيادة محتوى النيكل ، ينخفض ​​استقرار البطارية ، وبالتالي يتم تقليل عمر دورة المحرك وقدرة الشحن السريع.

تزايد الطلب على بطاريات Li-ion. المصدر: دويتشه بنك

الطلب المتزايد على بطاريات Li-ion يتطلب زيادة قدرات إعادة التدوير لبطاريات النفايات.

عملية إعادة التدوير

بطاريات السيارات الكهربائية مثل Tesla Roadster لها عمر تقريبي 10 سنوات.
إن إعادة تدوير بطاريات Li-ion المنهكة هي عملية متطلبة نظراً لأن الكيماويات عالية الجهد والخطرة متورطة ، والتي تأتي مع مخاطر الهرب الحراري والصدمات الكهربائية وانبعاث المواد الخطرة.
من أجل إنشاء إعادة تدوير حلقة مغلقة ، يجب فصل كل رابطة كيميائية وجميع العناصر إلى كسورها الفردية. ومع ذلك ، فإن الطاقة اللازمة لإعادة تدوير حلقة مغلقة هذه مكلفة للغاية. المواد الأكثر قيمة لاستعادة المعادن مثل Ni ، Co ، Cu ، Li ، الخ. حيث أن التعدين الباهظ وارتفاع أسعار السوق للمكونات المعدنية تجعل إعادة التدوير جذابة اقتصاديًا.
تبدأ عملية إعادة تدوير بطاريات Li-ion في تفكيك البطاريات وتفريغها. قبل فتح البطارية ، يلزم تخميل لإبطال نشاط المواد الكيميائية في البطارية. يمكن تحقيق التخميل عن طريق التجميد المبرد أو الأكسدة الخاضعة للرقابة. اعتمادا على حجم البطارية ، يمكن تفكيك البطاريات وتفكيكها إلى الخلية. بعد التفكيك والتكسير ، يتم عزل المكونات بعدة طرق (مثل الفرز والنخل والقطع اليدوي والفصل المغناطيسي والرطولي والباليستي) لإزالة أغلفة الخلايا والألمنيوم والنحاس والبلاستيك من مسحوق الإلكترود. فصل المواد الكهربائي ضروري لعمليات المصب ، على سبيل المثال معالجة hydrometallurgical.
الانحلال الحراري
بالنسبة للمعالجة الحرارية ، يتم صهر البطاريات الممزقة في فرن يضاف إليه الحجر الجيري كعامل تشكيل خبث.

العمليات الحرارية المائية
وتعتمد المعالجة باستخدام المجاميع المائية على التفاعلات الحمضية من أجل تعجيل الأملاح على أنها معادن. وتشمل العمليات الهيدرولوجية المتعدنية النموذجية عمليات الترشيح والتهطال والتبادل الأيوني واستخلاص المذيبات والتحليل الكهربائي للمحاليل المائية.
ميزة المعالجة الحرارية المائية هي إنتاجية عالية من + 95٪ من النيكل والكربون كأملاح ، + 90٪ من لي يمكن ترسيبها ، والباقي يمكن استرداده إلى + 80٪.

يعتبر الكوبالت على وجه الخصوص مكونًا حاسمًا في كاثودات بطارية الليثيوم أيون لتطبيقات الطاقة والطاقة العالية.
تستخدم السيارات الهجينة الحالية مثل تويوتا بريوس بطاريات هيدريد فلزية النيكل ، والتي يتم تفكيكها وتفريغها وإعادة تدويرها بطريقة مماثلة لبطاريات ليثيوم أيون.

Hielscher Ultrasonics بتصنيع ultrasonicators عالية الأداء.

صوتنة قوية من المختبر ومنضدة إلى الإنتاج الصناعي.