Ultrazvuk zefektivňuje recyklaci lithium-iontových baterií

Lithium je vzácný a velmi cenný materiál přítomný ve vysoce výkonných bateriích, jako jsou Li-ion baterie. Lithium je nejcennějším materiálem, který se získává při recyklaci Li-ion baterií, ale také další minerály a kovy, jako je kobalt, mangan, nikl, měď a hliník, jsou cennými kovy pro využití. Ultrazvuku s vysokou intenzitou se používá jako technika míchání a loužení s vysokým smykovým třením k extrakci, odstranění a rozpuštění cenných minerálů a kovů z použitých baterií. Metoda sonikace je vysoce účinná, energeticky účinná a je snadno dostupná pro instalaci v plně komerčních recyklačních zařízeních.

Přehled: Proces recyklace Li-Ion baterií

Proces recyklace drahých kovů a materiálů z použitých lithium-iontových baterií obvykle zahrnuje několik kroků. Zde je obecný přehled:

1. Sběr a třídění: Vyhořelé lithium-iontové baterie se shromažďují a třídí na základě jejich typů a chemického složení.
2. Demontáž: Nejprve se rozbije a odstraní plastový kryt baterie. Poté se nahá baterie ponoří do kapalného dusíku, aby se neutralizovaly reaktivní, výbušné látky. Tímto krokem je zajištěno, že je zabráněno náhlému uvolnění veškeré uložené energie a následnému vznícení a výbuchu s tím spojenému. Poté se baterie rozeberou, aby se oddělily různé součásti, jako je katoda, anoda, elektrolyt a pouzdro.
3. Skartace: Rozebrané baterie jsou rozdrceny na menší kousky, aby se zvětšila plocha pro následné procesy.
4. Delaminace elektrody: Před zpracováním kovem je nutné izolované elektrody, tj. katodu a anodu, dále rozebrat. Vzhledem k tomu, že katodový materiál je obecně přilepen k hliníkové fólii pojivem, obvykle polyvinylidenfluoridem (PVDF) nebo polytetrafluorethylenem (PTFE), je obtížné katodu a hliníkovou fólii od sebe odstranit.
5. Chemické ošetření: Rozdrcené součásti baterie procházejí různými chemickými úpravami, aby se rozpustily a oddělily různé materiály. To může zahrnovat vyluhování kyselinou nebo jinými rozpouštědly za účelem extrakce cenných kovů, jako je lithium, kobalt, nikl a měď.
6. Regenerace a očista: Rozpuštěné kovy se pak z roztoku získávají procesy, jako je srážení, extrakce rozpouštědlem nebo elektrochemické metody. Tyto kroky pomáhají čistit a koncentrovat drahé kovy.

Výtěžnost drahých kovů vylepšená sonikací

Výkonový ultrazvuk může zlepšit kroky delaminace elektrod a vyluhování drahých kovů a materiálů tím, že zintenzivní reakce, čímž se proces obnovy výrazně zefektivní. Ultrazvuku, je to technika, která využívá ultrazvukové vlny s vysokou intenzitou k vytváření mechanických vibrací a akustické kavitace v kapalném médiu. Silné síly ultrazvuku se používají ke zlepšení procesu recyklace drahých kovů z použitých lithium-iontových baterií několika způsoby:
 

1. Dezintegrace: Ultrazvuku rozkládá rozdrcené materiály baterie tak, aby se vytvořily menší částice. Menší částice nabízejí vyšší povrchovou plochu, díky čemuž je chemické vyluhování účinnější a napomáhá uvolňování cenných kovů.
2. Vylepšené vyluhování: Aplikace ultrazvuku během procesů loužení může zlepšit kontakt mezi pevným materiálem a vyluhovacím roztokem, čímž se zvyšuje účinnost extrakce kovů. Ultrazvukové loužení podporuje extrakci kovů a zvyšuje výtěžnost získaných kovů a minerálů, jako je kobalt, mangan, nikl, měď a hliník.
3. Vylepšená delaminace elektrod: Cílem delaminace elektrod během recyklace baterií je oddělit různé součásti, jako jsou elektrody, elektrolyty a separátory, aby je bylo možné dále zpracovávat nebo recyklovat jednotlivě. Ultrazvuku napomáhá oddělení a odstranění povlaků z elektrody. Sonomechanické síly podporují účinné oddělení vrstev elektrod.
4. Zrychlené reakce: Ultrazvuku podporuje rychlejší a důkladnější míchání, což může urychlit chemické reakce během kroků obnovy a čištění kovů.
5. Snížená spotřeba energie: Ultrazvuku může zvýšit účinnost procesu a snížit čas a energii potřebnou k obnově kovů z použitých baterií.

 
Ultrazvuku může hrát prospěšnou roli při zlepšování procesu recyklace drahých kovů a materiálů z použitých lithium-iontových baterií zvýšením účinnosti a efektivity různých kroků zapojených do procesu recyklace.
Procesní kroky ultrazvukového loužení kovů a delaminace elektrod lze přizpůsobit jednotlivým recyklačním procesům, které se mohou lišit podle toho, jak společnosti specializující se na recyklaci Li-ion baterií vyvíjejí a upravují své procesy s nejvyšší efektivitou.

Ultrazvuková kavitace pro separaci katod

Ultrazvuku odděluje katodové materiály od hliníkové fólie účinky akustické kavitace. Akustická nebo ultrazvuková kavitace je určena lokálně se vyskytujícími vysokými tlaky, vysokými teplotami a jejich následnými poklesy, které mají za následek příslušné tlakové a teplotní rozdíly, jakož i intenzivní mikroturbulence a mikrotrysky s vysokým smykovým třením. Tyto kavitační síly ovlivňují hranice povrchu, podporují přenos hmoty a způsobují erozi. Ultrazvuková kavitace, která generuje tak intenzivní síly chemické, fyzikální, tepelné a mechanické povahy, vytváří požadované míchání a přenos hmoty, aby se rozbila struktura organického pojiva používaná v lithium-iontových bateriích k fixaci katody ke kolektoru / hliníkové fólii.
Zatímco mechanické míchání, jako je samotné míchání, nestačí k účinnému oddělení katodového materiálu od hliníkové fólie, ultrazvuku s vysokou intenzitou poskytuje potřebnou sonochemickou a sonomechanickou energii k úplnému odstranění katodového materiálu z kolektorů. Na rozdíl od mechanického míchání vytváří ultrazvuková kavitace intenzivní turbulence, lokálně vysoké teploty a tlaky, stejně jako míchání, proudění a proudy kapaliny, které rozbíjejí pojivo, např. PVDF nebo PTFE, které spojují katodu s Al fólií a erodují povrch katody i Al fólie. Tím je pojivo mezi oběma materiály řádně zničeno a katoda a hliníková fólie jsou účinně odděleny.
Například ultrazvuková separace má za následek vysokou účinnost odstranění katody 99% pomocí N-methyl-2-pyrrolidonu (NMP) jako rozpouštědla při 70 °C (ultrazvukový výkon 240 W a doba ultrazvukového zpracování 90 minut). Vzhledem k tomu, že ultrazvuková separace katody disperguje materiál rovnoměrně a zabraňuje větším aglomerátům, je usnadněn následný proces loužení kovů.
Přečtěte si více o ultrazvukové delaminaci elektrod za účelem zpětné získávání aktivních materiálů a fólií pro sběr proudu!

Ultrazvukové louhování minerálů

Ultrazvukové kavitační efekty popsané výše podporují také vyluhování kovů z použitých baterií. Ultrazvuku s vysokou intenzitou se nepoužívá pouze k získávání minerálů při recyklaci baterií, ale často se také používá v hydrometalurgii a loužení vzácných rud (např. těžba hlušiny). Vysoké lokální teploty, tlaky a smykové síly zintenzivňují loužení kovů a výrazně zvyšují účinnost loužení. Zatímco v kavitačních horkých místech se vyskytují lokální velmi extrémní teploty až do 1000 K, celkové podmínky loužení vyžadují pouze mírnou teplotu cca. 50-60°C. Díky tomu je ultrazvuková výtěžnost kovu energeticky účinná a ekonomická.
Ultrazvukové loužení minerálů z použitých Li-ion baterií se vyznačuje vysokou mírou výtěžnosti a účinností. Například kyselina sírová (H2SO4) byla úspěšně použita jako vyluhovací činidlo v přítomnosti peroxidu vodíku (H2O2) během ultrazvukové obnovy minerálů z katody. Ultrazvukové loužení kyselinou sírovou vedlo k míře výtěžnosti 94,63 % pro kobalt a 98,62 % pro lithium.
Ultrazvukové loužení organickou kyselinou citronovou (C6H8O7· H2O) vede k velmi vysoké výtěžnosti mědi a lithia, přičemž z použitých lithium-iontových baterií se získává 96 % mědi a téměř 100 % lithia.

Jednoduché a bezpečné: Ultrazvukové škálování od testů proveditelnosti po průmyslovou recyklaci

Vysoce výkonné ultrazvukové zařízení pro recyklaci Li-ion baterií je snadno dostupné pro stolní, pilotní a průmyslovou instalaci. Vzhledem k tomu, že ultrazvuková katodová separace a ultrazvukové loužení minerálů z použitých baterií jsou již zavedené procesy, je proces od prvních zkoušek, optimalizace až po vaše specifické požadavky procesu a instalaci plně průmyslového ultrazvukového separačního a/nebo louhovacího systému rychlý a jednoduchý.
Přečtěte si více o výhodách ultrazvukového louhování pro udržitelnou recyklaci baterií a městskou těžbu!

Vysoce výkonné ultrasonicators pro recyklaci baterií

Hielscher Ultrasonics dodává vysoce výkonné ultrazvukové přístroje jakékoli velikosti a kapacity. S UIP16000 (16kW) vyrábí Hielscher nejvýkonnější ultrazvukový procesor na světě. UIP16000, stejně jako všechny ostatní průmyslové ultrazvukové systémy, lze snadno seskupit na požadovanou zpracovatelskou kapacitu. Všechny Hielscher ultrasonicators jsou konstruovány pro provoz 24/7 při plném zatížení a v náročných prostředích.
Hielscher Ultrasonics’ Průmyslové ultrazvukové procesory mohou dodávat velmi vysoké amplitudy. Amplitudy až 200 μm lze snadno nepřetržitě provozovat v provozu 24/7. Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici přizpůsobené ultrazvukové sonotrody.

Ultrazvukové sondy a sono-reaktory pro jakýkoli objem

Produktová řada Hielscher Ultrasonics pokrývá celé spektrum ultrazvukových procesorů od kompaktních laboratorních ultrasonicators přes stolní a pilotní systémy až po plně průmyslové ultrazvukové procesory s kapacitou pro zpracování nákladních automobilů za hodinu. Kompletní sortiment produktů nám umožňuje nabídnout vám nejvhodnější ultrazvuková zařízení pro vaši aplikaci, kapacitu procesu a výrobní cíle.

Přesně regulovatelné amplitudy pro optimální výsledky

Všechny ultrazvukové procesory Hielscher jsou přesně ovladatelné, a tím spolehlivé pracovní koně v R&D a výroba. Amplituda je jedním z klíčových procesních parametrů, které ovlivňují účinnost a účinnost sonochemicky a sonomechanicky indukovaných reakcí. Všechny Hielscher Ultrazvuk’ Procesory umožňují přesné nastavení amplitudy. Sonotrody a posilovací rohy jsou příslušenství, které umožňuje upravit amplitudu v ještě širším rozsahu. Hielscherovy průmyslové ultrazvukové procesory mohou dodávat velmi vysoké amplitudy a dodávat požadovanou ultrazvukovou intenzitu pro náročné aplikace. Amplitudy až 200 μm lze snadno nepřetržitě provozovat v provozu 24/7.
Přesné nastavení amplitudy a trvalé sledování parametrů ultrazvukového procesu pomocí inteligentního softwaru vám dává možnost oddělit katodu od hliníkové fólie a také vyluhovat minerály a kovy z použitých lithium-iontových baterií za nejúčinnějších ultrazvukových podmínek. Optimální sonikace pro nejúčinnější recyklaci Li-ion baterií!
Robustnost Hielscher ultrssonicators umožňuje provoz 24/7 při velkém zatížení a v náročných prostředích. Díky tomu jsou Hielscher sonicators spolehlivým pracovním nástrojem, který splňuje vaše požadavky na proces recyklace.

Nejvyšší kvalita – Navrženo a vyrobeno v Německu

Jako rodinný podnik Hielscher upřednostňuje nejvyšší standardy kvality svých ultrazvukových procesorů. Všechny ultrasonicators jsou navrženy, vyrobeny a důkladně testovány v našem sídle v Teltow poblíž Berlína v Německu. Robustnost a spolehlivost ultrazvukového zařízení Hielscher z něj činí pracovního koně ve vaší výrobě. Provoz 24 hodin denně, 7 dní v týdnu při plném zatížení a v náročných prostředích je přirozenou charakteristikou vysoce výkonných ultrazvukových sond a reaktorů Hielscher.

Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators:

Fakta, která stojí za to vědět

Co jsou lithium-iontové baterie?

Lithium-iontová baterie, také Li-ion baterie, je typ dobíjecí baterie. Ve srovnání s olověnými a niklovými bateriemi používají lithium-iontová zařízení jako vodič katodu, anodu a elektrolyt.
Stejně jako všechny baterie, i Li-ion baterie uchovávají chemickou energii, která se poté přeměňuje na elektrickou energii, aby poskytovala statický elektrický náboj pro energii.
Lithium-iontové baterie se běžně používají pro přenosnou elektroniku, jako jsou notebooky, chytré telefony a také elektrická vozidla. Uplatnění Li-ion baterií vyvolává také rostoucí zájem ze strany vojenských a leteckých společností.