Ultrazvuk čini recikliranje litij-ionskih baterija efikasnijim

Litij je rijedak i vrlo vrijedan materijal prisutan u visokoperformansnim baterijama, kao što su Li-ion baterije. Litij je najvrjedniji materijal koji se izdvaja pri recikliranju Li-ion baterija, ali su i drugi minerali i metali, kao što su kobalt, mangan, nikal, bakar i aluminij, vrijedni metali za oporavak. Visokointenzivna ultrazvučna obrada (sonikacija) koristi se kao tehnika miješanja visokim smicanjem i luženja za ekstrakciju, uklanjanje i otapanje vrijednih minerala i metala iz istrošenih baterija. Metoda sonikacije je vrlo djelotvorna, energetski efikasna i lako dostupna za ugradnju u potpuno komercijalna postrojenja za recikliranje.

Pregled: proces recikliranja Li-ion baterija

Proces recikliranja plemenitih metala i materijala iz istrošenih Li-ion baterija obično obuhvata nekoliko koraka. Evo općeg pregleda:

1. Prikupljanje i sortiranje: Istrošene Li-ion baterije prikupljaju se i sortiraju prema vrstama i hemijskom sastavu.
2. Rastavljanje: Prvo se plastični omotač baterije razbije i ukloni. Nakon toga se gola baterija stavlja u tečni dušik kako bi se neutralizirale reaktivne, eksplozivne tvari. Ovaj korak osigurava da se spriječe iznenadno oslobađanje cjelokupne pohranjene energije te s tim povezano naknadno paljenje i eksplozija. Zatim se baterije rastavljaju kako bi se odvojile različite komponente, kao što su katoda, anoda, elektrolit i kućište.
3. Usitnjavanje: Rastavljene baterije usitnjavaju se na manje komade kako bi se povećala površina za naredne procese.
4. Delaminacija elektroda: Prije tretmana ekstrakcije metala izdvojene elektrode, tj. katoda i anoda, moraju se dodatno rastaviti. Budući da je katodni materijal obično vezivom zalijepljen za aluminijsku foliju, najčešće polivinilidenfluoridom (PVDF) ili politetrafluoroetilenom (PTFE), uklanjanje katode i aluminijske folije jedne od druge težak je zadatak.
5. Hemijski tretman: Usitnjene komponente baterije podvrgavaju se različitim hemijskim tretmanima kako bi se otopili i razdvojili različiti materijali. To može uključivati luženje kiselinom ili drugim otapalima radi ekstrakcije vrijednih metala kao što su litij, kobalt, nikal i bakar.
6. Oporavak i pročišćavanje: Otopljeni metali se zatim izdvajaju iz otopine procesima kao što su precipitacija, ekstrakcija otapalom ili elektrohemijske metode. Ovi koraci pomažu u pročišćavanju i koncentriranju plemenitih metala.

Oporavak plemenitih metala poboljšan sonikacijom

Snažni ultrazvuk može poboljšati korake delaminacije elektroda i luženja plemenitih metala i materijala intenziviranjem reakcija, čime proces oporavka postaje znatno efikasniji. Ultrazvučna obrada je tehnika koja koristi visokointenzivne ultrazvučne valove za stvaranje mehaničkih vibracija i akustične kavitacije u tekućem mediju. Jake sile ultrazvučne obrade koriste se za poboljšanje procesa recikliranja plemenitih metala iz istrošenih Li-ion baterija na nekoliko načina:

1. Dezintegracija: Ultrazvučna obrada razgrađuje usitnjene materijale baterija tako da nastaju manje čestice. Manje čestice nude veću površinu, zbog čega je hemijsko luženje efikasnije i pomaže oslobađanju vrijednih metala.
2. Poboljšano luženje: Primjena ultrazvučne obrade tokom procesa luženja može poboljšati kontakt između čvrstog materijala i otopine za luženje, čime se povećava efikasnost ekstrakcije metala. Ultrazvučno luženje potiče ekstrakciju metala i povećava prinos izdvojenih metala i minerala kao što su kobalt, mangan, nikal, bakar i aluminij.
3. Poboljšana delaminacija elektroda: Cilj delaminacije elektroda pri recikliranju baterija jeste odvojiti različite komponente, kao što su elektrode, elektroliti i separatori, kako bi se mogle dalje obrađivati ili pojedinačno reciklirati. Ultrazvučna obrada pomaže odvajanju i uklanjanju prevlaka s elektrode. Sonomehaničke sile potiču efikasno razdvajanje slojeva elektroda.
4. Ubrzane reakcije: Ultrazvučna obrada potiče brže i temeljitije miješanje, što može ubrzati hemijske reakcije tokom koraka oporavka i pročišćavanja metala.
5. Smanjena potrošnja energije: Ultrazvučna obrada može poboljšati efikasnost procesa, smanjujući vrijeme i energiju potrebne za oporavak metala iz istrošenih baterija.

Ultrazvučna obrada može imati povoljnu ulogu u poboljšanju procesa recikliranja plemenitih metala i materijala iz istrošenih Li-ion baterija povećanjem djelotvornosti i efikasnosti različitih koraka u procesu recikliranja.
Koraci procesa ultrazvučnog luženja metala i delaminacije elektroda mogu se prilagoditi pojedinačnim procesima recikliranja, koji se mogu razlikovati jer kompanije specijalizirane za recikliranje Li-ion baterija razvijaju i prilagođavaju svoje procese radi najveće efikasnosti.

Ultrazvučna kavitacija za odvajanje katode

Ultrazvučna obrada odvaja katodne materijale od aluminijske folije djelovanjem akustične kavitacije. Akustična ili ultrazvučna kavitacija određena je lokalno nastalim visokim pritiscima, visokim temperaturama i njihovim naknadnim padovima, što rezultira odgovarajućim razlikama pritiska i temperature, kao i intenzivnim mikroturbulencijama i mikromlazevima visokog smicanja. Te kavitacijske sile djeluju na granice površina, potiču prijenos mase i uzrokuju eroziju. Stvarajući tako intenzivne sile hemijske, fizičke, termičke i mehaničke prirode, ultrazvučna kavitacija stvara potrebno miješanje i prijenos mase za razaranje strukture organskog veziva koje se u litij-ionskim baterijama koristi za pričvršćivanje katode na kolektor / aluminijsku foliju.
Dok samo mehaničko miješanje, kao što je promiješavanje, nije dovoljno za efikasno odvajanje katodnog materijala od aluminijske folije, visokointenzivna ultrazvučna obrada pruža potrebnu sonohemijsku i sonomehaničku energiju za potpuno uklanjanje katodnog materijala s kolektora. Za razliku od mehaničkog miješanja, ultrazvučna kavitacija stvara intenzivne turbulencije, lokalno visoke temperature i pritiske, kao i miješanje, strujanje i tečne mlazeve, koji razbijaju vezivo, npr. PVDF ili PTFE, koje povezuje katodu s Al folijom, te erodiraju površinu i katode i Al folije. Time se vezivo između oba materijala ispravno razara, a katoda i aluminijska folija se efikasno razdvajaju.
Na primjer, ultrazvučno odvajanje daje visoku efikasnost uklanjanja katode od 99% uz korištenje N-metil-2-pirolidona (NMP) kao otapala na 70°C (240 W ultrazvučne snage i 90 min trajanja ultrazvučne obrade). Budući da ultrazvučno odvajanje katode ravnomjerno disperguje materijal i sprječava veće aglomerate, naknadni proces luženja metala je olakšan.
Saznajte više o ultrazvučnoj delaminaciji elektroda radi oporavka aktivnih materijala i strujnih kolektorskih folija!

Ultrazvučno luženje minerala

Gore opisani ultrazvučni kavitacijski efekti potiču i luženje metala iz istrošenih baterija. Visokointenzivna ultrazvučna obrada ne koristi se samo za izdvajanje minerala pri recikliranju baterija, nego se često koristi i u hidrometalurgiji te pri luženju plemenitih ruda (npr. rudarske jalovine). Visoke lokalizirane temperature, pritisci i smične sile intenziviraju luženje metala i znatno povećavaju efikasnost luženja. Dok se u kavitacijskim žarištima javljaju lokalizirane vrlo ekstremne temperature do 1000 K, ukupni uvjeti luženja zahtijevaju samo blagu temperaturu od oko 50-60°C. To ultrazvučni oporavak metala čini energetski efikasnim i ekonomičnim.
Ultrazvučno luženje minerala iz istrošenih Li-ion baterija odlikuje se visokim stopama oporavka i efikasnošću. Na primjer, sumporna kiselina (H2SO4) uspješno je korištena kao sredstvo za luženje u prisutnosti vodikovog peroksida (H2O2) tokom ultrazvučnog izdvajanja minerala iz katode. Ultrazvučno luženje sumpornom kiselinom dalo je stope oporavka od 94,63% za kobalt, odnosno 98,62% za litij.
Ultrazvučno luženje organskom limunskom kiselinom (C6H8O7·H2O) daje vrlo visoke stope oporavka bakra i litija, pri čemu se iz istrošenih Li-ion baterija dobija 96% bakra i gotovo 100% litija.

Jednostavno i sigurno: ultrazvučno povećanje skale od testova izvodljivosti do industrijskog recikliranja

Visokoperformansna ultrazvučna oprema za recikliranje Li-ion baterija lako je dostupna za ugradnju na stolnoj, pilot i industrijskoj skali. Budući da su ultrazvučno odvajanje katode i ultrazvučno luženje minerala iz istrošenih baterija već etablirani procesi, put od prvih ispitivanja i optimizacije prema vašim specifičnim zahtjevima procesa do ugradnje potpuno industrijskog sistema za ultrazvučno odvajanje i/ili luženje brz je i jednostavan.
Saznajte više o prednostima ultrazvučnog luženja za održivo recikliranje baterija i urbano rudarenje!

Visokoperformansni ultrazvučni uređaji za recikliranje baterija

Hielscher Ultrasonics isporučuje visokoperformansne ultrazvučne uređaje u svim veličinama i kapacitetima. S modelom UIP16000 (16 kW) Hielscher proizvodi najsnažniji ultrazvučni procesor na svijetu. UIP16000, kao i svi drugi industrijski ultrazvučni sistemi, mogu se jednostavno povezati u klastere do potrebnog kapaciteta obrade. Svi Hielscher ultrazvučni uređaji izrađeni su za rad 24/7 pod punim opterećenjem i u zahtjevnim okruženjima.
Industrijski ultrazvučni procesori kompanije Hielscher Ultrasonics mogu postići vrlo visoke amplitude. Amplitude do 200µm mogu se jednostavno kontinuirano održavati u radu 24/7. Za još više amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode.

Ultrazvučne sonde i sonoreaktori za bilo koji volumen

Asortiman proizvoda kompanije Hielscher Ultrasonics pokriva cijeli spektar ultrazvučnih procesora, od kompaktnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja preko stolnih i pilot sistema do potpuno industrijskih ultrazvučnih procesora kapaciteta obrade kamiona tereta na sat. Cjelokupan asortiman omogućava nam da vam ponudimo najprikladniju ultrazvučnu opremu za vašu primjenu, kapacitet procesa i proizvodne ciljeve.

Precizno podesive amplitude za optimalne rezultate

Svi Hielscher ultrazvučni procesori su precizno podesivi i stoga pouzdani radni konji u istraživanju i razvoju (R&D) te proizvodnji. Amplituda je jedan od ključnih procesnih parametara koji utiču na efikasnost i djelotvornost sonohemijski i sonomehanički izazvanih reakcija. Svi procesori kompanije Hielscher Ultrasonics omogućavaju precizno podešavanje amplitude. Sonotrode i booster rogovi su dodatna oprema koja omogućava izmjenu amplitude u još širem rasponu. Industrijski ultrazvučni procesori kompanije Hielscher mogu postići vrlo visoke amplitude i pružiti potrebnu ultrazvučnu intenzivnost za zahtjevne primjene. Amplitude do 200µm mogu se jednostavno kontinuirano održavati u radu 24/7.
Precizne postavke amplitude i stalno praćenje ultrazvučnih procesnih parametara putem pametnog softvera omogućavaju vam da odvojite katodu od aluminijske folije te da lužite minerale i metale iz istrošenih Li-ion baterija u najefikasnijim ultrazvučnim uvjetima. Optimalna sonikacija za najefikasnije recikliranje Li-ion baterija!
Robusnost Hielscher ultrazvučnih uređaja omogućava rad 24/7 pod velikim opterećenjem i u zahtjevnim okruženjima. Zbog toga su Hielscher sonikatori pouzdan radni alat koji ispunjava zahtjeve vašeg procesa recikliranja.

Najviši kvalitet – projektovano i proizvedeno u Njemačkoj

Kao porodično vlasništvo i porodično vođeno poduzeće, Hielscher daje prednost najvišim standardima kvaliteta za svoje ultrazvučne procesore. Svi ultrazvučni uređaji projektuju se, proizvode i temeljito testiraju u našem sjedištu u mjestu Teltow kraj grada Berlin u Njemačkoj. Robusnost i pouzdanost ultrazvučne opreme kompanije Hielscher čine je radnim konjem u vašoj proizvodnji. Rad 24/7 pod punim opterećenjem i u zahtjevnim okruženjima prirodna je karakteristika visokoperformansnih ultrazvučnih sondi i reaktora kompanije Hielscher.

Tabela u nastavku daje vam orijentaciju o približnom kapacitetu obrade naših ultrazvučnih uređaja:

Činjenice vrijedne znanja

Šta su litij-ionske baterije?

Litij-ionska baterija, također Li-ion baterija, vrsta je punjive baterije. U poređenju s baterijama na bazi olova i nikla, litij-ionski uređaji koriste katodu, anodu i elektrolit kao provodnik.
Kao i sve baterije, Li-ion baterije pohranjuju hemijsku energiju, koja se zatim pretvara u električnu energiju kako bi se osigurao statički električni naboj za napajanje.
Litij-ionske baterije obično se koriste u prijenosnoj elektronici kao što su laptopi, pametni telefoni te u električnim vozilima. Primjena Li-ion baterija izaziva sve veće zanimanje i kod vojnih i zrakoplovnih kompanija.