Tecnologia d'ultrasons Hielscher

Ultrasons per al reciclatge de bateries de ions de liti

  • Les bateries de ions de liti que s'utilitzen en els cotxes elèctrics arriben ara al mercat de masses i, amb això, s'han de desenvolupar capacitats de reciclatge.
  • La lixiviació ultrasònica és una tècnica eficient i ecològica per a la recuperació de metalls com ara Li, Mg, Co, Ni, etc. de les bateries de Li-ion gastades.
  • Els sistemes d'ultrasons industrials de Hielscher per a aplicacions de lixiviació són fiables i robustos i es poden integrar fàcilment a les plantes de reciclatge existents.

Reciclatge de bateries de ions de liti

Les bateries d'ió liti s'utilitzen àmpliament en vehicles elèctrics (EV), portàtils i telèfons mòbils. Això significa que les bateries de ions de liti són un desafiament actual sobre la gestió de residus i el reciclatge. Les bateries són un important controlador de costos per EVs, i la seva disposició és car, també. Aspectes ambientals i econòmics impulsar un bucle de reciclatge tancat ja que els residus de la bateria conté materials valuosos i ajuda a reduir la petjada de carboni de la fabricació de bateries d'ió liti.
El reciclatge de les bateries de ions de liti s'està convertint en un sector de la indústria pròsper per garantir la disponibilitat futura de metalls de terres rares i altres components de la bateria i reduir els costos ambientals de la mineria.

Lixiviació Ultrasònica Industrial

La lixiviació ultrasònica i l'extracció de metalls es poden aplicar als processos de reciclatge de bateries d'òxid de cobalti de liti (per exemple, a partir d'ordinadors portàtils, telèfons intel·ligents, etc.), així com de complexes bateries de liti-níquel-manganès-cobalt (per exemple, a partir de vehicles elèctrics).
Cavitation produced by Hielscher's UIP1000hdT with cascatrode L'ecografia d'alta potència és ben coneguda per la seva capacitat de processar líquids químics i líquids per millorar la transferència de massa i iniciar reaccions químiques.
Els efectes intensos de l'ultrasons d'alimentació es basen en el fenomen de la cavitació acústica. Mitjançant l'acoblament d'ultrasons d'alta potència en líquids / slurries, les ones alternes de baixa pressió i d'alta pressió en líquids generen petites bombolles de buit. Els buits de buit petits creixen a través de diversos cicles de baixa pressió / alta pressió fins que es produeix violència implosiva. Les bombolles de buit col · lapse poden considerar-se com a microreactors en què temperatures de fins a 5000K, pressions de fins a 1000 ºC, i taxes de calefacció i refrigeració per sobre de 10-10 es produeixen. A més, es generen fortes forces de cisalla hidrodinàmica i dolls líquids amb velocitat de fins a 280 m / s. Aquestes condicions extremes de cavitació acústica creen condicions físiques i químiques extraordinàries en líquids freds i creen un entorn benèfic per a reaccions químiques (sonoquímica).

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

Processador d'ultrasons de 48 kW
per a aplicacions exigents com la lixiviació de metalls

Sol · licitud d'informació




Tingueu en compte la nostra Política de privacitat.


Líquida d'ultrasons en el reciclatge de bateries de Li-Ion gastades. (Feu clic per ampliar!)

Lixiviació ultrasònica de metalls des d'esgotats residus de bateries.

La cavitació generada ultrasònicament pot induir termòlisi de soluts, així com la formació de radicals i reactius altament reactius, com ara radicals lliures, ions hidròxid (OH) hidròni (H3O +), etc., que proporcionen condicions reactives extraordinàries en el líquid perquè la taxa de reacció s'incrementi significativament. Els sòlids com les partícules són accelerats pels dolls líquids i es milloren per col·lisió interparticular i abrasió augmentant la superfície activa i, per tant, la transferència massiva.
El gran avantatge de la lixiviació ultrasònica i la recuperació de metalls és el control precís dels paràmetres del procés com l'amplitud, la pressió i la temperatura. Aquests paràmetres permeten ajustar les condicions de reacció exactament al mitjà del procés i la sortida específica. A més, la lixiviació ultrasònica elimina fins i tot les partícules metàl·liques més petites del substrat, tot conservant les microestructures. La recuperació de metall millorada es deu a la creació d'ultrasons de superfícies altament reactives, augment de les taxes de reacció i millora del transport en massa. Els processos de sonicació es poden optimitzar influint cada paràmetre i, per tant, no només són molt eficaços, sinó que també són molt eficients.
El seu control exacte de paràmetres i l'eficiència energètica fan que la lixiviació ultrasònica sigui la tècnica favorable i excel·lent – sobretot quan es compara amb complicades tècniques de lixiviació d'àcids i quelatacions.

Recuperació d'ultrasons de LiCoO2 de les bateries Spent Lithium-Ion

L'ultrasons ajuda a la lixiviació reductiva ia la precipitació química, que s'utilitzen per recuperar Li com Li2CO3 i Co com Co (OH)2 de les bateries de ions de liti de residus.
Zhang et al. (2014) informen sobre la recuperació amb èxit de LiCoO2 utilitzant un reactor ultrasònic. per preparar la solució de partida de 600 mL, van col·locar 10 g de LiCoO invàlids2 pols en un recipient i afegit 2.0mol / L de solució de LiOH, que es van barrejar.
La barreja es va abocar a la irradiació ultrasònica i es va iniciar el dispositiu d'agitació, el dispositiu d'agitació es col·locava a l'interior del recipient de reacció. Es va escalfar fins a 120◦C, i després el dispositiu ultrasònic es va fixar a 800W i la manera d'acció ultrasònica es va fixar en cicles de treball pulsat de 5 segons. ON / 2sec. OFF La irradiació ultrasònica es va aplicar durant 6 hores, i després es va refredar la barreja de reacció a temperatura ambient. El residu sòlid es va rentar diverses vegades amb aigua desionitzada i es va assecar a 80◦C fins a un pes constant. Es va obtenir la mostra obtinguda per a proves posteriors i producció de bateries. La capacitat de càrrega en el primer cicle és de 134,2 mAh / g i la capacitat de descàrrega és de 133,5 mAh / g. L'eficiència de càrrega i alta per primera vegada va ser del 99,5%. Després de 40 cicles, la capacitat de descàrrega continua sent 132,9 mAh / g. (Zhang et al., 2014)

Cristalls LiCoO2 recuperats ultrasònicament. (Feu clic per ampliar!)

S'utilitzen cristalls LiCoO2 abans (a) i després (b) el tractament d'ultrasons a 120◦C durant 6h. font: Zhang et al. 2014

La lixiviació ultrasònica amb àcids orgànics com l'àcid cítric no només és eficaç, sinó també ecològic. Les investigacions van trobar que la lixiviació de Co i Li és més eficient amb l'àcid cítric que amb els àcids inorgànics H2TAN4 i HCl. Més del 96% de Co i gairebé el 100% de Li van ser recuperats de les bateries d'ions de liti. El fet que àcids orgànics com l'àcid cítric i l'àcid acètic són barats i biodegradables, contribueixen a obtenir avantatges econòmics i ambientals addicionals de la sonicação.

Ultrasons industrials d'alta potència

UIP4000hdT - Hielscher's 4kW high-performance ultrasonic system Hielscher Ultrasonics és el vostre proveïdor de gran experiència per a sistemes ultrasònics d'alta eficiència i fiabilitat, que ofereixen el poder necessari per a la lixiviació de metalls a partir de materials de rebuig. Per reproduir bateries de ions de liti mitjançant l'extracció de metalls com el cobalt, el liti, el níquel i el manganès, els sistemes ultrasònics robusts i potents són essencials. Hielscher Ultrasonics’ unitats industrials com la UIP4000hdT (4 kW), UIP10000 (10 kW) i UIP16000 (16kW) són els sistemes d'ultrasò d'alt rendiment més potents i robustos del mercat. Totes les nostres unitats industrials es poden executar de forma contínua amb amplituds molt elevades de fins a 200 μm en operacions les 24 hores del dia. Per a amplades encara més grans, hi ha disponibles sonotrodes ultrasònics personalitzats. La robustesa de l'equip ultrasònic de Hielscher permet operacions de 24 hores al dia amb un pes elevat i en entorns exigents. Hielscher subministra també sonotrodes especials i reactors per a altes temperatures, pressions i líquids corrosius. Això fa que els nostres ultrasons industrials siguin més adequats per a tècniques de metal·lúrgia extractiva, com ara tractaments hidrometalúrgics.

La següent taula dóna una indicació de la capacitat de processament aproximada de les ultrasonicators:

El volum de lot Velocitat de flux dispositius recomanats
00,1-20 litres 00,2 a 4L / min UIP2000hdT
10 a 100L 2 a 10L / min UIP4000
N. A. 10 a 100 L / min UIP16000
N. A. major raïm de UIP16000

Contacti amb nosaltres / Demana'ns!

Utilitzeu el formulari següent, si voleu sol·licitar informació addicional sobre l'homogeneïtzació d'ultrasons. Estarem encantats d'oferir-vos un sistema d'ultrasons que compleixi els vostres requisits.









Tingueu en compte que Política de privacitat.


Literatura / Referències

  • Golmohammadzadeh R., Rashchi F., Vahidi E. (2017): Recuperació del liti i el cobalt de les bateries d'ions de liti utilitzades amb àcids orgànics: Optimització de processos i aspectes cinètics. Gestió de residus 64, 2017. 244-254.
  • Shin S.-M .; Lee D.-W .; Wang J.-P. (2018): Fabricació de nanses en pols nanositzat de LiNiO2 de la bateria de ions de liti Spent. Metalls 8, 2018.
  • Zhang Z., He W., Li G., Xia J., Hu H., Huang J. (2014): Renovació hidrotermal assistida per ultrasò de LiCoO2 des del càtode de les bateries de ions de liti. Int. J. Electrochem. Sci., 9 (2014). 3691-3700.
  • Zhang Z., He W., Li G., Xia J., Hu H., Huang J., Shengbo Z. (2014): Recuperació del material d'òxid de cobalt de liti del càtode de les bateries de liti-ió. ECS Electrochemistry Letters, 3 (6), 2014. A58-A61.


Fets que cal saber

Bateries de ions de liti

Les bateries de ions de liti (LIB) són el terme col·lectiu per a bateries (recarregables) que ofereixen una gran densitat d'energia i s'integren freqüentment en electrònica de consum, com ara cotxes electrònics, cotxes híbrids, ordinadors portàtils, telèfons mòbils, iPod, etc. altres variants de bateries recarregables de mida i capacitat similars, les LIB són molt més lleugeres.
A diferència de la bateria bàsica de liti, la LIB utilitza compostos de liti intercalats en comptes de litres metàl·lics com el seu elèctrode. Els principals components d'una bateria d'ions de liti són els seus elèctrodes – ànode i càtode – i l'electròlit.
La majoria de les cèl·lules comparteixen components comuns en termes d'electròlit, separador, làmines i carcassa. La principal diferència entre les tecnologies de la cèl lula és el material utilitzat com “materials actius” com el càtode i l'ànode. El grafito és el material més utilitzat com a ànode, mentre que el càtode està format per LiMO2 en capes (M = Mn, Co i Ni), el spinel LiMn2la4, o olivine LiFePO4. Els electròlits líquids orgànics electròlits (p. Ex., La sal LiPF6 dissolta en una barreja de dissolvents orgànics, com el carbonat d'etilè (EC), el dimetil carbonat (DMC), el carbonat de dietil (DEC), el metil carbonat d'etil (EMC), etc. moviment iònic.
Segons els materials de l'elèctrode positiu (càtode) i negatiu (ànode), la densitat d'energia i la tensió de les LIB varien respectivament.
Quan s'utilitza en vehicles elèctrics, sovint s'utilitza la bateria de vehicles elèctrics (EVB) o de tracció. Aquestes bateries de tracció s'utilitzen en carretons elevadors, carretons de golf elèctrics, rentadores de terra, motos elèctriques, cotxes elèctrics, camions, furgonetes i altres vehicles elèctrics.

Reciclatge de metall de les bateries Li-Ion gastades

En comparació amb altres tipus de bateries que sovint contenen plom o cadmi, les bateries d'ions de liti contenen metalls menys tòxics i, per tant, es consideren amigables amb el medi ambient. Tanmateix, la gran quantitat de bateries de Li-ion gastades, que hauran de disposar com bateries gastades de cotxes elèctrics, presenten un problema de residus. Per tant, és necessari un circuit tancat de reciclatge de bateries de ions de liti. Des d'un punt de vista econòmic, els elements metàl·lics com el ferro, el coure, el níquel, el cobalt i el liti es poden recuperar i reutilitzar en la producció de noves bateries. El reciclatge també podria evitar una escassesa futura.
Encara que les bateries amb majors càrregues de níquel arriben al mercat, no és possible produir bateries sense cobalt. El contingut de níquel més alt arriba a un cost: amb un contingut de níquel més gran, l'estabilitat de la bateria es redueix i, per tant, es redueix la seva vida útil i la capacitat de càrrega ràpida.

Creixent demanda de bateries de Li-ion. Font: Deutsche Bank

La creixent demanda de bateries de Li-ion demana augmentar les capacitats de reciclatge de les piles de residus.

Procés de reciclatge

Les bateries de vehicles elèctrics com el Tesla Roadster tenen una vida útil aproximada de 10 anys.
El reciclatge de les bateries de ions de ions esgotats és un procés exigent ja que hi ha productes químics d'alt voltatge i perillosos que provoquen els riscos de fugaç tèrmic, descàrrega elèctrica i l'emissió de substàncies perilloses.
Per establir un reciclatge de bucle tancat, tots els enllaços químics i tots els elements s'han de separar en les seves fraccions individuals. Tanmateix, l'energia necessària per a un reciclatge de bucle tan tancat és molt costós. Els materials més valuosos per a la recuperació són metalls com Ni, Co, Cu, Li, etc., ja que la minería costosa i els alts preus de mercat dels components metàl·lics fan que el reciclatge sigui econòmicament atractiu.
El procés de reciclatge de les bateries de ions de liti comença amb el desmuntatge i descàrrega de les bateries. Abans d'obrir la bateria, es requereix una passivació per inactivar els productes químics de la bateria. La passivació es pot aconseguir mitjançant la congelació criogènica o l'oxidació controlada. Depenent de la mida de la bateria, les bateries es poden desmuntar i desmuntar fins a la cel·la. Després del desmuntatge i la trituració, els components estan aïllats per diversos mètodes (p. Ex., Tamisat, tamisat, recollida de mans, separació magnètica, humida i balística) per tal d'eliminar els envasos cel·lulars, alumini, coure i plàstics de l'elèctrode en pols. La separació dels materials d'elèctrode és necessària per als processos posteriors, per exemple, el tractament hidrometealúrgic.
Piròlisi
Per al processament pirolític, les bateries esmicolades es fonen en un forn on s'afegeix calcària com a agent formant escòria.

Processos hidrotèrmics
El processament hidrometealúrgic es basa en reaccions àcides per precipitar les sals com a metalls. Els processos hidrometealúrgics típics inclouen lixiviació, precipitació, intercanvi iònic, extracció de dissolvents i electròlisi de solucions aquoses.
L'avantatge del processament hidrotérmico és l'elevat rendiment de recuperació de + 95% de Ni i Co com a sals, + 90% de Li pot precipitar-se, i la resta es pot recuperar fins al 80%.

Especialment el cobalt és un component crític en els càtodes de les bateries d'ions de liti per a aplicacions d'alta energia i energia.
Els cotxes híbrids actuals, com el Toyota Prius, utilitzen bateries d'hidretos de níquel metàl·lics, que es desmunten, descàrrega i reciclen de manera similar a les bateries de Li-ion.

Hielscher Ultrasonics fabrica ultrasons d'alt rendiment.

Potent sonicació des del laboratori i el banc fins a la producció industrial.