Lityum İon batareyalarının təkrar emalı üçün ultrasəs
- Elektrikli avtomobillərdə istifadə olunan lityum-ion batareyalar indi kütləvi bazarlara gəlir və bununla yanaşı, təkrar emal imkanları da inkişaf etdirilməlidir.
- Ultrasonik leaching, sərf olunan Li-ion batareyalardan Li, Mg, Co, Ni və s. Kimi metalları bərpa etmək üçün səmərəli və ekoloji cəhətdən səmərəli bir üsuldur.
- Şüalanma proqramları üçün Hielscher sənaye ultrasonik sistemləri etibarlı və möhkəmdir və asanlıqla mövcud olan təkrar zavodlarına inteqrasiya edilə bilər.
Lityum-ion batareyalarının təkrar emalı
Lityum-ion batareyaları elektrik vasitələri (EV), noutbuklar və mobil telefonlarda geniş şəkildə istifadə olunur. Bu, sərf edilmiş lityum-ion batareyaları tullantıların idarə edilməsi və geri çevrilməsi ilə bağlı bir problemdir. Batareyalar EVs üçün böyük bir dəyəri sürücüdür və onların xaric edilməsi də bahalıdır. Ekoloji və iqtisadi aspektlər, batareyanın tullantılarının qiymətli materialları ehtiva etdiyindən və lityum-ion batareyalarının istehsalı olan karbon ayaq izlərini azaltmağa kömək etdiyindən, qapalı təkrar döngə üçün təkan verir.
Li-ion batareyalarının geri çevrilməsi nadir torpaq metallar və digər batareya komponentlərinin gələcəkdə mövcud olmasını təmin etmək və mədən mədəniyyətinin ətraf mühitə xərclərini azaltmaq üçün inkişaf etməkdə olan bir sənayeye çevrilir.
Sənaye Ultrasonik Leaching
Ultrasonik leaching və metal çıxarılması lityum kobalt oksid pilllərinin (məsələn, noutbuklardan, smartfonlardan və s.), Həmçinin kompleks lityum-nikel-manqan-kobalt batareyalarının (məsələn, elektrikli nəqliyyat vasitələrindən) təkrar emal proseslərində tətbiq oluna bilər.
Yüksək güclü ultrasəs kütləvi ötürülməni yaxşılaşdırmaq və kimyəvi reaksiyalara başlamaq üçün kimyəvi mayelərin və çirkab sularının işlənməsi qabiliyyəti ilə yaxşı tanınır.
Güclü ultrasonikanın güclü təsiri akustik kavitasiya fenomeninə əsaslanır. Yüksək güclü ultrasəsin maye / çirkab sularına bağlanması nəticəsində, sıxılmış alternativ aşağı təzyiqli və yüksək təzyiqli dalğalar kiçik vakuum baloncukları meydana gətirir. Kiçik vakuum boşluqları müxtəlif təzyiqli / yüksək təzyiqli dövrlər üzərində böyüyür, şiddətlə tətbiq olunur. Çökən vakuum baloncukları 5000K qədər temperatur, 1000atm-a qədər olan təzyiqlər və 10-dan yuxarı istilik və soyutma dərəcələri olan mikroroqoraktorlar hesab edilə bilər-10 baş verir. Bundan əlavə, güclü hidrodinamik kəsmə qüvvələri və 280 m / s həcmli sıx sıxlıqlar yaranır. Akustik kavitasiyanın bu ekstremal şərtləri başqa soyuq mayelərlərdə qeyri-adi fiziki və kimyəvi şərait yaradır və kimyəvi reaksiyalar üçün faydalı mühit yaradır (Sonokimiya).
48kW ultrasonik prosessor
metalların süzülməsi kimi tələb olunan ərizə üçün
Boşanmış batareyanın tullantılarından metalların ultrasəs leaching.
Ultrasonik leaching və metal təmizlənməsinin böyük üstünlüyü amplituda, təzyiq və temperatur kimi proses parametrlərinə dəqiq nəzarət edir. Bu parametrlər reaksiya şəraitini tam proses mühitinə və hədəflənmiş məhsula uyğunlaşdırmağa imkan verir. Bundan əlavə, ultrasəsli süzgəc mikro strukturları qoruyarkən substratdan ən kiçik metal hissəcikləri aradan qaldırır. Təkmilləşdirilmiş metal bərpası yüksək reaktiv səthlərin ultrasəs quruluşuna, reaksiya dərəcələrinin artmasına və kütləvi nəqliyyatın yaxşılaşmasına səbəb olur. Sonikasiya prosesləri hər bir parametrə təsir edərək optimallaşdırıla bilər və buna görə də yalnız çox effektiv deyil, həm də yüksək enerji qənaətcildir.
Onun dəqiq parametr nəzarət və enerji səmərəliliyi ultrasonik lehimli əlverişli və mükəmməl texnika verir – xüsusilə mürəkkəb turşuların süzülməsi və şelasyon üsulları ilə müqayisədə.
LiCoO Ultrasonik Recovery2 Lityum-İon batareyalarını istifadə etdi
Ultrasonication, Li ilə Li bərpa etmək üçün istifadə olunur olan reduktiv leaching və kimyəvi yağış kömək edir2CO3 və Ko (OH)2 tullantı lityum-ion batareyalardan.
Zhang et al. (2014) LiCoO-nun müvəffəqiyyətli bir şəkildə bərpa etdiyini bildirdi2 ultrasonik reaktor istifadə edir. 600mL'lik başlanğıc həllini hazırlamaq məqsədilə, onlar 10g etibarsız LiCoO yerləşdirdilər2 bir beakerdə toz və qarışıq olan 2.0mol / L LiOH həllini əlavə etdi.
Qarışıq ultrasonik şüalanma töküldü və qarışdırıcı qurğu başlandı, karıştırma qurğusu reaksiya qabının içərisinə yerləşdirildi. 120 ° C və sonra isə qızdırıldı ultrasəs cihaz 800W olaraq təyin olundu və ultrasonik hərəkət rejimi 5 saniyəyə inqilab edilmiş iş dövrünə təyin edildi. ON / 2sec. OFF. Ultrasonik radiasiya 6 saatlıq müddətdə tətbiq olundu və sonra reaksiya qarışığı oda temperatürünə qədər soyuduldu. Möhkəm qalıq bir neçə dəfə deionlaşdırılmış su ilə yuyulur və sabit ağırlığa qədər 80 ° C'de qurudulur. Əldə olunmuş nümunə sonradan test və batareyanın istehsalı üçün yığılmışdır. Birinci dövrdə yükləmə qabiliyyəti 134,2mAh / g təşkil edir və axıdılma həcmi 133,5mAh / g təşkil edir. İlk dəfə yükləmə və boşaltma səmərəliliyi 99,5% təşkil etmişdir. 40 dövrdən sonra, boşalma həcmi hələ də 132.9mAh / g təşkil edir. (Zhang et al., 2014)
Əvvəlcədən istifadə edilən LiCoO2 kristalları (a) və sonra (b) ultrasəs müalicəsi 120 ° C'de 6 saat. Mənbə: Zhang et al. 2014
Sitrik turşusu kimi üzvi turşuları ilə ultrasəsli süzülmə effektiv deyil, həm də ekoloji cəhətdən səmərəli deyil. Araşdırmalar nəticəsində Co və Li'nin sitrus turşusu ilə inorganik turşu H ilə müqayisədə daha səmərəli olduğunu təsbit etdi2BELƏ Kİ4 və HCl. 96% -dən çox Co və təxminən 100% Li sərf edilmiş lityum-ion batareyalardan geri çəkildi. Sitrik asit və sirkə turşusu kimi üzvi turşuların ucuz və bioloji parçalana bilən olması sonication'ın daha iqtisadi və ekoloji üstünlüklərinə kömək edir.
Yüksək Enerji Sənaye Ultrasonikası
Hielscher Ultrasonics, yüksək effektiv və etibarlı ultrasəs sistemlər üçün uzun müddətli təchizatçıdır və bu, atık materiallardan metalların sızması üçün lazımi gücünü təmin edir. Kobalt, lityum, nikel və manqan kimi metalların çıxarılması ilə li-ion batareyalarının yenidən işlənməsi üçün güclü və sağlam ultrasəs sistemləri vacibdir. Hielscher Ultrasonikası’ sənaye vahidləri kimi UIP4000hdT (4 kW), UIP10000 (10kV) və UIP16000 (16kW) bazarda ən güclü və möhkəm yüksək performanslı ultrasəs sistemləri. Bütün sənaye birimlerimiz 24/7 əməliyyatlarında 200 mikrona qədər yüksək amplitüdlərlə davamlı olaraq işləyə bilər. Daha yüksək amplitudalar üçün xüsusi ultrasonik sonotrodlar mövcuddur. Hielscher ultrasəs avadanlıqlarının dayanıqlığı, ağır işdə və tələb olunan mühitlərdə 24/7 əməliyyata imkan verir. Hielscher ayrıca yüksək temperatur, təzyiqlər və aşındırıcı sıvılar üçün xüsusi sonotrodlar və reaktor təmin edir. Bu, sənaye ultrasonikatorların qazma metodikası texnikasına, məsələn, hidrometallurgiya müalicələrinə ən münasibdir.
Aşağıdakı cədvəldə bizim ultrasonicators təxmini emal gücü bir göstəriş verir:
| Partiyanın həcmi | Axın | tövsiyə Cihazlar |
|---|---|---|
| 0.1 20L üçün | 04L / min .2 | UIP2000hdT |
| 10 100L üçün | 10L 2 / dəq | UIP4000 |
| na | 10 100L / dəq | UIP16000 |
| na | daha böyük | çoxluq UIP16000 |
Bilmək lazımdır
Lityum İon batareyaları
Lityum-ion batareyaları (LIB) yüksək enerji densivliyi təmin edən və elektronik avtomobillər, hibrid avtomobil, laptoplar, mobil telefonlar, iPodlar və s. Kimi istehlakçı elektronika ilə tez-tez inteqrasiya olunan (təkrar doldurulan) batareyalar üçün kollektiv termidir. Bənzər ölçülü və qabiliyyətli şarj ediləcək batareyaların digər variantları, LİBlər əhəmiyyətli dərəcədə yüngüldür.
Birdəfəlik lityum əsas batareyadan fərqli olaraq, LIB onun elektrod kimi metal lityum yerinə interliated lityum tərkibindən istifadə edir. Lityum-ion batareyanın əsas tərkib hissəsi elektrodlardır – anod və katot – və elektrolit.
Çox hüceyrə elektrolit, ayırıcı, folqa və kasa baxımından ümumi komponentləri bölüşür. Hüceyrə texnologiyaları arasındakı əsas fərq, istifadə edilən materialdır “aktiv materiallar” katot və anod kimi. Qrafit anot kimi ən çox istifadə olunan materialdır, katod isə laylı LiMO2 (M = Mn, Co və Ni), spinel LiMn2The4, və ya olivin LiFePO4. Elektrolit orqanik maye elektrolitləri (məsələn, etilen karbonat (EC), dimetil karbonat (DMC), dietil karbonat (DEC), etil metil karbonat (EMC) və s. Kimi üzvi həlledicilərdə qarışdırılmış LiPF6 tuzu ion hərəkətləri.
Pozitiv (katot) və mənfi (anod) elektrod maddələrindən asılı olaraq, LİB-in enerji sıxlığı və gərginliyi müvafiq olaraq dəyişir.
Elektrik vasitələrində istifadə edildikdə, tez-tez elektrikli vasitə batareyası (EVB) və ya çəkmə batareyası istifadə olunur. Bu cür çekici batareyalar forkliftlərdə, elektrikli golf arabalarında, mərtəbə qəfəslərində, elektrikli motosikletlərdə, elektrikli avtomobillərdə, yük avtomobillərində, mikroavtobuslarda və digər elektrik vasitələrində istifadə olunur.
Spesifik Li-Ion batareyalarından metal emalı
Çox vaxt qurğuşun və ya kadmiyum ehtiva edən digər batareyalarla müqayisədə Li-ion batareyaları daha az zəhərli metallar ehtiva edir və bu səbəbdən ətraf mühitə uyğun olaraq qəbul edilir. Bununla birlikdə, elektrikli maşınlardan istifadə edilən batareyalar kimi batırılmaq məcburiyyətində qalan sərfəli Li-ion batareyaları böyük miqdarda bir tullantı problemi təqdim edir. Buna görə Li-ion batareyalarının qapalı geri çevrilmə loopları lazımdır. İqtisadi baxımdan, dəmir, mis, nikel, kobalt və lityum kimi metal elementlər bərpa edilə bilər və yeni batareyaların istehsalı üçün təkrar istifadə edilə bilər. Geri çevrilmə də gələcək çətinliyi qarşısını ala bilər.
Yüksək nikel yüklü batareyalar bazarda olmasına baxmayaraq kobalt olmadan pilleri istehsal etmək mümkün deyil. Yüksək nikel məzmunu bir xərclə gəlir: artan nikel miqdarı ilə, batareyanın sabitliyi azaldılır və bununla da dövrü ömrü və sürətli yükləmə qabiliyyəti azalır.
Li-ion batareyalarına olan tələbat artan tullantı batareyaları üçün təkrar emal imkanlarını artırmağı tələb edir.
Geri dönüşüm prosesi
Tesla Roadster kimi elektrikli vasitələrin batareyaları təxminən ömür boyu 10 ildir.
Tükenmiş Li-ion batareyalarının geri çevrilməsi, yüksək gərginlik və təhlükəli kimyəvi maddələrin iştirak etdiyi, istilik qaçağı, elektrik çarpması və təhlükəli maddələrin emissiya riski ilə əlaqəli olan bir prosesdir.
Qapalı döngənin geri çevrilməsini təmin etmək üçün hər bir kimyəvi bərk və bütün elementlər fərdi fraqmentlərə ayrılmalıdır. Bununla belə, belə bir qapalı döngə çevrilmə üçün lazım olan enerji çox bahalıdır. Təminat üçün ən qiymətli materiallar Ni, Co, Cu, Li və s. Kimi metallardır. Çünki bahalı madencilik və metal komponentlərinin yüksək bazar qiymətləri iqtisadi cəhətdən cəlbediciliyə çevrilir.
Li-ion batareyalarının geri çevrilməsi prosesi batareyaların sökülməsi və boşaldılması ilə başlanır. Batareyanı açmadan əvvəl, batareyada olan kimyəvi maddələrin inaktivləşdirilməsi üçün passivasiya tələb olunur. Passivasiya cryogenic dondurma və ya nəzarət oksidləşmə ilə əldə edilə bilər. Batareyanın ölçüsündən asılı olaraq, batareyaların sökülməsi və hüceyrəyə sökülməsi mümkündür. Sökülmə və sarsıdıcıdan sonra, komponentlər elektrod tozundan hüceyrə qapaqları, alüminium, mis və plastikləri çıxarmaq üçün bir neçə metodla (məsələn, tarama, eleme, əl toplama, maqnit, yaş və balistik separasiya) izolyasiya edilir. Elektrod materiallarının ayrılması aşağı akışlı proseslər üçün, məsələn, hidrometallurgik müalicə üçün vacibdir.
Piroliz
Pirolitik emal üçün parçalayıcı batareyalar kireçtaşı bir şlak qurucu maddə kimi əlavə olunan bir sobada yudumlanır.
Hidrotermal proseslər
Hidrometalurjik emal metalların tərkibində duzları çökdürmək üçün turşu reaksiyalarına əsaslanır. Tipik hidrometallurgik proseslər sulu həllərin süzülməsi, yağış, ion mübadiləsi, solvent çıxarılması və elektrolizini ehtiva edir.
Hidrotermal işlənmənin üstünlüyü + 95% Ni və Co-nun duz kimi yüksək bərpa həddi, Li + 90% -i çökə bilər, qalan hissəsi isə + 80% -ə qədər bərpa edilə bilər.
Xüsusilə kobalt yüksək enerji və güc tətbiqləri üçün lityum-ion batareyalı katotlarda kritik bir komponentdir.
Toyota Prius kimi hazırlanan hibrid avtomobillər, Li-ion batareyaları kimi sökülmüş, boşaldılmış və geri qazanılmış nikel metal hidrit batareyalardan istifadə edirlər.
Ədəbiyyat / Referanslar
- Golmohammadzadeh R., Rashchi F., Vahidi E. (2017): Recovery of lithium and cobalt from spent lithium-ion batteries using organic acids: Process optimization and kinetic aspects. Waste Management 64, 2017. 244–254.
- Shin S.-M.; Lee D.-W.; Wang J.-P. (2018): Fabrication of Nickel Nanosized Powder from LiNiO2 from Spent Lithium-Ion Battery. Metals 8, 2018.
- Zhang Z., He W., Li G., Xia J., Hu H., Huang J. (2014): Ultrasound-assisted Hydrothermal Renovation of LiCoO2 from the Cathode of Spent Lithium-ion Batteries. Int. 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.
Laboratoriya və dəzgahdan güclü sonikasiya sənaye istehsalına qədər.