Ultrazvuk čini recikliranje litijum-jonskih baterija efikasnijim

Litijum je rijedak i vrlo vrijedan materijal prisutan u baterijama visokih performansi, kao što su Li-ion baterije. Litijum je najvredniji materijal koji se oporavlja u reciklaži Li-ion baterija, ali i drugi minerali i metali kao što su kobalt, mangan, nikl, bakar i aluminijum su vredni metali za oporavak. Ultrazvuk visokog intenziteta koristi se kao tehnika miješanja i ispiranja s visokim smicanjem za ekstrakciju, uklanjanje i otapanje vrijednih minerala i metala iz istrošenih baterija. Metoda sonikacije je vrlo učinkovita, energetski učinkovita i lako je dostupna za ugradnju u potpuno komercijalne objekte za reciklažu.

Pregled: Proces recikliranja Li-Ion baterija

The recycling process of precious metals and materials from spent Li-ion batteries typically involves several steps. Here’s a general overview:

1. Sakupljanje i sortiranje: Istrošene Li-ion baterije se prikupljaju i sortiraju na osnovu njihove vrste i hemije.
2. Rastavljanje: Prvo se razbije i skine plastični poklopac baterije. Nakon toga, gola baterija se stavlja u tečni dušik kako bi se neutralizirale reaktivne, eksplozivne tvari. Ovaj korak osigurava da se spriječi iznenadno oslobađanje sve pohranjene energije i 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 se usitnjavaju na manje komade kako bi se povećala površina za naredne procese.
4. Raslojavanje elektroda: Prije obrade metala ekstrakcijom, izolirane elektrode, tj. katoda i anoda, moraju se dodatno rastaviti. Budući da je katodni materijal općenito prilijepljen na aluminijsku foliju pomoću veziva, obično poliviniliden fluorida (PVDF) ili politetrafluoroetilena (PTFE), težak je zadatak ukloniti katodu i aluminijsku foliju jedno od drugog.
5. Hemijski tretman: Usitnjene komponente baterije prolaze kroz različite hemijske tretmane kako bi se rastvorili i odvojili različiti materijali. Ovo može uključivati ispiranje kiselinom ili drugim rastvaračima za ekstrakciju vrijednih metala poput litija, kobalta, nikla i bakra.
6. Oporavak i pročišćavanje: Otopljeni metali se zatim izvlače iz otopine kroz procese kao što su precipitacija, ekstrakcija rastvaračem ili elektrohemijske metode. Ovi koraci pomažu u pročišćavanju i koncentraciji plemenitih metala.

Obnavljanje plemenitih metala poboljšano ultrazvukom

Snažni ultrazvuk može poboljšati korake odvajanja elektroda i ispiranja plemenitih metala i materijala intenziviranjem reakcija, čineći tako proces oporavka znatno efikasnijim. Ultrazvuk, to je tehnika koja koristi ultrazvučne talase visokog intenziteta za stvaranje mehaničkih vibracija i akustične kavitacije u tečnom mediju. Jake sile ultrazvučne obrade koriste se za poboljšanje procesa recikliranja plemenitih metala iz istrošenih Li-ion baterija na nekoliko načina:
 

1. raspad: Ultrasonication razgrađuje usitnjene materijale baterija tako da se stvaraju manje čestice. Manje čestice nude veću površinu što čini hemijsko ispiranje efikasnijim, pomažući u oslobađanju vrijednih metala.
2. Poboljšano ispiranje: Primena ultrazvučne obrade tokom procesa luženja može poboljšati kontakt između čvrstog materijala i rastvora za ispiranje, povećavajući efikasnost ekstrakcije metala. Ultrazvučno luženje podstiče ekstrakciju metala i povećava prinos dobijenih metala i minerala kao što su kobalt, mangan, nikl, bakar i aluminijum.
3. Poboljšana delaminacija elektroda: Cilj raslojavanja elektroda tokom recikliranja baterija je odvajanje različitih komponenti, kao što su elektrode, elektroliti i separatori, tako da se mogu dalje obraditi ili reciklirati pojedinačno. Ultrasonication pomaže odvajanju i uklanjanju premaza sa elektrode. Sonomehaničke sile promovišu efikasno odvajanje slojeva elektroda.
4. Ubrzane reakcije: Ultrasonication potiče brže i temeljitije miješanje, što može ubrzati kemijske reakcije tijekom koraka oporavka metala i pročišćavanja.
5. Smanjena potrošnja energije: Ultrazvuk može poboljšati efikasnost procesa, smanjujući vrijeme i energiju potrebnu za oporavak metala iz istrošenih baterija.

 
Ultrazvučna obrada može imati korisnu ulogu u poboljšanju procesa recikliranja plemenitih metala i materijala iz istrošenih Li-ion baterija povećanjem efektivnosti i efikasnosti različitih koraka uključenih u proces recikliranja.
Koraci procesa ultrazvučnog luženja metala i delaminacije elektroda mogu se prilagoditi pojedinačnim procesima recikliranja, koji mogu varirati kako kompanije specijalizovane za reciklažu Li-ion baterija razvijaju i modifikuju svoje procese do najveće efikasnosti.

Ultrazvučna kavitacija za odvajanje katoda

Ultrazvučna obrada odvaja katodne materijale od aluminijske folije efektima akustične kavitacije. Akustična ili ultrazvučna kavitacija je određena lokalnim visokim pritiscima, visokim temperaturama i njihovim naknadnim padom, što rezultira odgovarajućim razlikama tlaka i temperature, kao i intenzivnim mikro-turbulencijama i mikro-mlazovima visokog smicanja. Ove kavitacijske sile utiču na površinske granice, potiču prijenos mase i uzrokuju eroziju. Generišući tako intenzivne sile hemijske, fizičke, termičke i mehaničke prirode, ultrazvučna kavitacija stvara potrebnu agitaciju i prenos mase da razbije strukturu organskog veziva koja se koristi u litijum-jonskim baterijama za fiksiranje katode za kolektor/aluminijumsku foliju.
Dok mehaničko miješanje kao što je samo miješanje nije dovoljno da se katodni materijal učinkovito odvoji od aluminijske folije, ultrazvučna obrada visokog intenziteta osigurava potrebnu sonohemijsku i sonomehaničku energiju za potpuno uklanjanje katodnog materijala iz kolektora. Za razliku od mehaničkog miješanja, ultrazvučna kavitacija stvara intenzivne turbulencije, lokalno visoke temperature i pritiske, kao i miješanje, strujanje i mlazove tekućine, koji razbijaju vezivo, npr. PVDF ili PTFE, koji povezuju katodu s Al folijom i erodiraju površine oba, katode i Al folije. Time se vezivo između oba materijala pravilno razara i katoda i aluminijska folija se efikasno razdvajaju.
Na primjer, ultrazvučno odvajanje rezultira visokom efikasnošću uklanjanja katode od 99% korištenjem N-metil-2-pirolidona (NMP) kao rastvarača na 70°C (240 W ultrazvučna snaga i 90 minuta ultrazvučne obrade). Budući da ultrazvučno katodno odvajanje ravnomjerno raspršuje materijal i sprječava veće aglomerate, naknadni proces luženja metala je olakšan.
Pročitajte više o ultrazvučnom raslojavanju elektroda u cilju obnavljanja aktivnih materijala i folija za kolektore struje!

Ultrazvučno ispiranje minerala

Gore opisani ultrazvučni kavitacijski efekti također pospješuju ispiranje metala iz istrošenih baterija. Ultrazvuk visokog intenziteta se ne koristi samo za obnavljanje minerala u recikliranju baterija, već se često koristi i u hidrometalurgiji i ispiranju dragocjenih ruda (npr. rudarska jalovina). Visoke lokalizovane temperature, pritisci i sile smicanja intenziviraju ispiranje metala i značajno povećavaju efikasnost ispiranja. Dok se u kavitacijskim žarištima javljaju lokalizirane vrlo ekstremne temperature do 1000 K, ukupni uvjeti ispiranja zahtijevaju samo blagu temperaturu od cca. 50-60°C. Ovo čini ultrazvučno obnavljanje metala energetski efikasnim i ekonomičnim.
Ultrazvučno ispiranje minerala iz istrošenih Li-ion baterija karakteriše visoka stopa oporavka i efikasnost. Na primjer, sumporna kiselina (H2SO4) je uspješno korištena kao sredstvo za luženje u prisustvu vodonik peroksida (H2O2) tokom ultrazvučnog izvlačenja minerala sa katode. Ultrazvučno luženje sumpornom kiselinom rezultiralo je stopom oporavka od 94,63% za kobalt, odnosno 98,62% za litijum.
Ultrazvučno luženje organskom limunskom kiselinom (C6H8O7·H2O) dovodi do vrlo visokog izvlačenja bakra i litijuma, dobijajući 96% bakra i skoro 100% litijuma iz istrošenih Li-ion baterija.

Jednostavno i sigurno: Ultrazvučno povećanje od testova izvodljivosti do industrijskog recikliranja

Ultrazvučna oprema visokih performansi za reciklažu Li-ion baterija lako je dostupna za stolnu, pilotsku i industrijsku instalaciju. Budući da su ultrazvučno katodno odvajanje i ultrazvučno ispiranje minerala iz istrošenih baterija već uspostavljeni procesi, proces od prvih proba, optimizacije prema vašim specifičnim zahtjevima procesa i ugradnje potpuno industrijskog ultrazvučnog sistema za odvajanje i/ili ispiranje je brz i jednostavan.
Pročitajte više o prednostima ultrazvučnog ispiranja za održivo recikliranje baterija i urbano rudarstvo!

Ultrasonikatori visokih performansi za reciklažu baterija

Hielscher Ultrasonics isporučuje ultrasonikatore visokih performansi bilo koje veličine i kapaciteta. Sa UIP16000 (16kW), Hielscher proizvodi najmoćniji ultrazvučni procesor na svijetu. UIP16000 kao i svi drugi industrijski ultrazvučni sistemi mogu se lako grupirati do potrebnog kapaciteta obrade. Svi Hielscher ultrasonikatori su napravljeni za 24/7 rad pod punim opterećenjem iu zahtjevnim okruženjima.
Hielscher Ultrasonics’ industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo velike amplitude. Amplitude do 200 µm mogu se lako raditi u kontinuitetu u radu 24/7. Za još veće amplitude, dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode.

Ultrazvučne sonde i sonoreaktori za bilo koju zapreminu

Asortiman proizvoda Hielscher Ultrasonics pokriva cijeli spektar ultrazvučnih procesora od kompaktnih laboratorijskih ultrasonikatora preko stolnih i pilot sistema do potpuno industrijskih ultrazvučnih procesora sa kapacitetom za obradu kamiona po satu. Cijeli asortiman proizvoda nam omogućava da vam ponudimo najprikladniju ultrazvučnu opremu za vašu primjenu, kapacitet procesa i proizvodne ciljeve.

Precizno kontrolisane amplitude za optimalne rezultate

Svi Hielscher ultrazvučni procesori su precizno upravljivi i time pouzdani radni konji u R&D i proizvodnja. Amplituda je jedan od ključnih parametara procesa koji utiču na efikasnost i efektivnost sonohemijski i sonomehanički izazvanih reakcija. Svi Hielscher Ultrasonics’ processors allow for the precise setting of the amplitude. Sonotrodes and booster horns are accessories that allow to modify the amplitude in an even wider range. Hielscher’s industrial ultrasonic processors can deliver very high amplitudes and deliver the required ultrasonic intensity for demanding applications. Amplitudes of up to 200µm can be easily continuously run in 24/7 operation.
Precizna podešavanja amplitude i trajno praćenje parametara ultrazvučnog procesa putem pametnog softvera daju vam mogućnost da odvojite katodu od aluminijumske folije, kao i da izlužite minerale i metale iz istrošenih Li-ion baterija pod najefikasnijim ultrazvučnim uslovima. Optimalna sonikacija za najefikasnije recikliranje Li-ion baterija!
Robusnost Hielscher ultrasonikatora omogućava 24/7 rad u teškim uslovima iu zahtjevnim okruženjima. Ovo čini Hielscher sonikatori pouzdanim radnim alatom koji ispunjava vaše zahtjeve procesa recikliranja.

Najviša kvaliteta – Dizajniran i proizveden u Njemačkoj

As a family-owned and family-run business, Hielscher prioritizes highest quality standards for its ultrasonic processors. All ultrasonicators are designed, manufactured and thoroughly tested in our headquarter in Teltow near Berlin, Germany. Robustness and reliability of Hielscher’s ultrasonic equipment make it a work horse in your production. 24/7 operation under full load and in demanding environments is a natural characteristic of Hielscher’s high-performance ultrasonic probes and reactors.

Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata:

Činjenice koje vrijedi znati

Šta su litijum-jonske baterije?

Litijum-jonska baterija, takođe Li-jonska baterija, je vrsta punjive baterije. U poređenju sa baterijama na bazi olova i nikla, litijum-jonski 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 osiguralo statički električni naboj za snagu.
Litijum-jonske baterije se obično koriste za prenosivu elektroniku kao što su laptopi, pametni telefoni kao i električna vozila. Primena Li-jonskih baterija takođe izaziva sve veći interes vojnih i vazduhoplovnih kompanija.