Ултразвукът прави рециклирането на литиево-йонни батерии по-ефективно

Литият е оскъден и изключително ценен материал, съдържащ се във високоефективни батерии, като литиево-йонните батерии. Литият е най-ценният материал, който се извлича при рециклирането на литиево-йонни батерии, но и други минерали и метали, като кобалт, манган, никел, мед и алуминий, са ценни за извличане. Високоинтензивната ултразвукова обработка се използва като техника за разбъркване с високо срязване и излужване за извличане, отстраняване и разтваряне на ценни минерали и метали от отработени батерии. Методът на ултразвукова обработка е високоефективен, енергийно ефективен и е леснодостъпен за внедряване в напълно промишлени съоръжения за рециклиране.

Общ преглед: процес на рециклиране на литиево-йонни батерии

Процесът на извличане на ценни метали и материали при рециклирането на отработени литиево-йонни батерии обикновено включва няколко стъпки. Ето общ преглед:

1. Събиране и сортиране: Отработените литиево-йонни батерии се събират и сортират според техния тип и химичен състав.
2. Разглобяване: Първо пластмасовата обвивка на батерията се разрушава и отстранява. След това батерията без обвивка се поставя в течен азот, за да се неутрализират реактивните, взривоопасни вещества. Тази стъпка гарантира предотвратяването на внезапното освобождаване на цялата съхранена енергия и на свързаните с него последващи запалване и експлозия. След това батериите се разглобяват, за да се отделят различните компоненти, като катода, анода, електролита и корпуса.
3. Раздробяване: Разглобените батерии се раздробяват на по-малки парчета, за да се увеличи повърхностната площ за последващите процеси.
4. Деламинация на електродите: Преди обработката за извличане на метали отделените електроди, т.е. катодът и анодът, трябва да бъдат допълнително разглобени. Тъй като катодният материал обикновено е прикрепен към алуминиево фолио посредством свързващо вещество, най-често поливинилиденфлуорид (PVDF) или политетрафлуороетилен (PTFE), отделянето на катода и алуминиевото фолио един от друг е трудна задача.
5. Химична обработка: Раздробените компоненти на батерията се подлагат на различни химични обработки за разтваряне и отделяне на различните материали. Това може да включва излужване с киселина или други разтворители за извличане на ценни метали като литий, кобалт, никел и мед.
6. Извличане и пречистване: След това разтворените метали се извличат от разтвора чрез процеси като утаяване, екстракция с разтворител или електрохимични методи. Тези стъпки спомагат за пречистването и концентрирането на ценните метали.

Подобрено извличане на ценни метали чрез ултразвукова обработка

Мощният ултразвук може да подобри етапите на деламинация на електродите и излужване на ценни метали и материали чрез интензифициране на реакциите, като по този начин прави процеса на извличане значително по-ефективен. Ултразвуковата обработка е техника, която използва високоинтензивни ултразвукови вълни за създаване на механични вибрации и акустична кавитация в течна среда. Силните въздействия на ултразвуковата обработка се използват за подобряване на процеса на извличане на ценни метали при рециклирането на отработени литиево-йонни батерии по няколко начина:
 

1. Дезинтеграция: Ултразвуковата обработка разрушава раздробените материали от батериите, така че се образуват по-малки частици. По-малките частици имат по-голяма повърхностна площ, което прави химичното излужване по-ефективно и подпомага освобождаването на ценните метали.
2. Подобрено излужване: Прилагането на ултразвукова обработка по време на процесите на излужване може да подобри контакта между твърдия материал и излужващия разтвор, като повишава ефективността на извличането на метали. Ултразвуковото излужване подпомага извличането на метали и увеличава добива на извлечени метали и минерали като кобалт, манган, никел, мед и алуминий.
3. Подобрена деламинация на електродите: Целта на деламинацията на електродите при рециклирането на батерии е да се отделят различните компоненти, като електроди, електролити и сепаратори, така че да могат да бъдат допълнително обработени или рециклирани поотделно. Ултразвуковата обработка подпомага отделянето и отстраняването на покритията от електрода. Сономеханичните сили способстват за ефективното отделяне на слоевете на електродите.
4. Ускорени реакции: Ултразвуковата обработка способства за по-бързо и по-пълно смесване, което може да ускори химичните реакции по време на етапите на извличане и пречистване на метали.
5. Намалено потребление на енергия: Ултразвуковата обработка може да повиши ефективността на процеса, като намали времето и енергията, необходими за извличане на метали от отработени батерии.

 
Ултразвуковата обработка може да допринесе за подобряването на процеса на извличане на ценни метали и материали при рециклирането на отработени литиево-йонни батерии чрез повишаване на резултатността и ефективността на различните етапи на рециклирането.
Етапите на ултразвуково излужване на метали и деламинация на електродите могат да бъдат адаптирани към отделните процеси на рециклиране, които могат да се различават, тъй като компаниите, специализирани в рециклирането на литиево-йонни батерии, разработват и променят своите процеси за постигане на най-висока ефективност.

Ултразвукова кавитация за отделяне на катода

Ултразвуковата обработка отделя катодните материали от алуминиевото фолио чрез въздействията на акустичната кавитация. Акустичната или ултразвуковата кавитация се характеризира с локално възникващи високи налягания, високи температури и последващото им спадане, което води до съответни разлики в налягането и температурата, както и до интензивни микротурбуленции и микроструи с високо срязване. Тези кавитационни сили въздействат върху границите на повърхностите, подпомагат масопреноса и причиняват ерозия. Генерирайки такива интензивни сили с химичен, физичен, термичен и механичен характер, ултразвуковата кавитация създава необходимото разбъркване и масопренос за разрушаване на структурата на органичното свързващо вещество, използвано в литиево-йонните батерии за закрепване на катода към токоснемателя / алуминиевото фолио.
Докато само механичното разбъркване е недостатъчно за ефективното отделяне на катодния материал от алуминиевото фолио, високоинтензивната ултразвукова обработка осигурява необходимата сонохимична и сономеханична енергия за пълното отстраняване на катодния материал от токоснемателите. За разлика от механичното разбъркване, ултразвуковата кавитация генерира интензивни турбуленции, локално високи температури и налягания, както и разбъркване, течения и течни струи, които разрушават свързващото вещество, например PVDF или PTFE, свързващо катода с Al фолиото, и предизвиква ерозия на повърхността както на катода, така и на Al фолиото. По този начин свързващото вещество между двата материала се разрушава надлежно и катодът и алуминиевото фолио се отделят ефективно.
Например ултразвуковото отделяне постига висока ефективност на отстраняване на катода от 99% при използване на N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) като разтворител при 70°C (240 W ултразвукова мощност и 90 min време за ултразвукова обработка). Тъй като ултразвуковото отделяне на катода диспергира материала равномерно и предотвратява образуването на по-големи агломерати, последващият процес на излужване на метали се улеснява.
Прочетете повече за ултразвуковата деламинация на електроди за извличане на активни материали и токоснемателни фолиа!

Ултразвуково излужване на минерали

Описаните по-горе ефекти на ултразвуковата кавитация подпомагат и излужването на метали от отработени батерии. Високоинтензивната ултразвукова обработка се използва не само за извличане на минерали при рециклирането на батерии, но и често в хидрометалургията и излужването на ценни руди (например минни хвостове). Високите локални температури, налягания и сили на срязване интензифицират излужването на метали и значително повишават ефективността му. Докато в кавитационните горещи точки локално възникват изключително високи температури до 1000 K, общите условия на излужване изискват само умерена температура от приблизително 50–60°C. Това прави ултразвуковото извличане на метали енергийно ефективно и икономично.
Ултразвуковото излужване на минерали от отработени литиево-йонни батерии се характеризира с високи степени на извличане и ефективност. Например сярна киселина (H2SO4) е успешно използвана като излужващ агент в присъствието на водороден пероксид (H2O2) при ултразвуково извличане на минерали от катода. Ултразвуковото излужване със сярна киселина е довело до степени на извличане съответно 94,63% за кобалт и 98,62% за литий.
Ултразвуковото излужване с органичната лимонена киселина (C6H8O7·H2O) води до много високи степени на извличане на мед и литий, като от отработените литиево-йонни батерии се получават 96% от медта и почти 100% от лития.

Лесно и безопасно: мащабиране на ултразвуковите процеси от изпитвания за осъществимост до промишлено рециклиране

Високоефективното ултразвуково оборудване за рециклиране на литиево-йонни батерии е леснодостъпно за настолни, пилотни и промишлени инсталации. Тъй като ултразвуковото отделяне на катода и ултразвуковото излужване на минерали от отработени батерии вече са утвърдени процеси, преминаването от първите изпитвания през оптимизацията спрямо специфичните изисквания на вашия процес до инсталирането на изцяло промишлена система за ултразвуково отделяне и/или излужване е бързо и лесно.
Прочетете повече за предимствата на ултразвуковото излужване за устойчиво рециклиране на батерии и извличане на суровини от градски отпадъци!

Високоефективни апарати за ултразвукова обработка за рециклиране на батерии

Hielscher Ultrasonics доставя високоефективни апарати за ултразвукова обработка с всякакъв размер и капацитет. С UIP16000 (16kW) Hielscher произвежда най-мощния ултразвуков процесор в света. UIP16000, както и всички други промишлени ултразвукови системи, могат лесно да бъдат обединени в групи за постигане на необходимия капацитет на обработка. Всички апарати за ултразвукова обработка на Hielscher са създадени за работа 24/7 при пълно натоварване и в тежки условия.
Промишлените ултразвукови процесори на Hielscher Ultrasonics могат да осигуряват много високи амплитуди. Амплитуди до 200µm могат лесно да се поддържат непрекъснато при работа 24/7. За още по-високи амплитуди се предлагат ултразвукови сонотроди, изработени по поръчка.

Ултразвукови сонди и сонореактори за всякакъв обем

Продуктовата гама на Hielscher Ultrasonics обхваща целия спектър от ултразвукови процесори – от компактни лабораторни апарати за ултразвукова обработка през настолни и пилотни системи до изцяло промишлени ултразвукови процесори с капацитет за обработка на количества, равняващи се на товари от камиони за час. Пълната продуктова гама ни позволява да ви предложим най-подходящото ултразвуково оборудване за вашето приложение, капацитет на процеса и производствени цели.

Прецизно управляеми амплитуди за оптимални резултати

Всички ултразвукови процесори на Hielscher позволяват прецизно управление и поради това са надеждни работни средства за научноизследователска и развойна дейност и производство. Амплитудата е един от решаващите параметри на процеса, които влияят върху ефективността и резултатността на сонохимично и сономеханично предизвиканите реакции. Всички процесори на Hielscher Ultrasonics позволяват прецизно задаване на амплитудата. Сонотродите и усилващите рупори са принадлежности, които позволяват промяна на амплитудата в още по-широк диапазон. Промишлените ултразвукови процесори на Hielscher могат да осигуряват много високи амплитуди и необходимия ултразвуков интензитет за взискателни приложения. Амплитуди до 200µm могат лесно да се поддържат непрекъснато при работа 24/7.
Прецизните настройки на амплитудата и постоянното наблюдение на параметрите на ултразвуковия процес чрез интелигентен софтуер ви дават възможност да отделяте катода от алуминиевото фолио, както и да излужвате минерали и метали от отработени литиево-йонни батерии при най-ефективните ултразвукови условия. Оптимална ултразвукова обработка за най-ефективно рециклиране на литиево-йонни батерии!
Здравината на апаратите за ултразвукова обработка на Hielscher позволява работа 24/7 при голямо натоварване и в тежки условия. Това прави апаратите за ултразвукова обработка на Hielscher надеждно работно средство, което отговаря на изискванията на вашия процес на рециклиране.

Най-високо качество – проектирани и произведени в Германия

Като семейна компания, притежавана и управлявана от семейството, Hielscher дава приоритет на най-високите стандарти за качество на своите ултразвукови процесори. Всички апарати за ултразвукова обработка се проектират, произвеждат и изпитват щателно в централата ни в Телтов близо до Берлин, Германия. Здравината и надеждността на ултразвуковото оборудване на Hielscher го правят неуморно работно средство във вашето производство. Работата 24/7 при пълно натоварване и в тежки условия е присъща характеристика на високоефективните ултразвукови сонди и реактори на Hielscher.

Таблицата по-долу дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите апарати за ултразвукова обработка:

Полезни факти

Какво представляват литиево-йонните батерии?

Литиево-йонната батерия, наричана също Li-ion батерия, е вид акумулаторна батерия. В сравнение с батериите на основата на олово и никел литиево-йонните устройства използват катод, анод и електролит като проводник.
Както всички батерии, литиево-йонните батерии съхраняват химична енергия, която след това се преобразува в електрическа енергия, за да осигури статичен електрически заряд за захранване.
Литиево-йонните батерии се използват широко в преносима електроника като лаптопи и смартфони, както и в електрически превозни средства. Приложението на литиево-йонните батерии предизвиква нарастващ интерес и от страна на военните и аерокосмическите компании.