Ultrazvuk zefektivňuje recyklaci lithium-iontových baterií

Lithium je vzácný a vysoce cenný materiál obsažený ve vysoce výkonných bateriích, jako jsou Li-ion baterie. Lithium je nejcennějším materiálem získávaným při recyklaci Li-ion baterií, ale i další minerály a kovy, jako je kobalt, mangan, nikl, měď a hliník, jsou cennými kovy pro zpětné získávání. Vysoce intenzivní ultrazvuková sonikace se používá jako technika míchání s vysokým smykem a loužení k extrakci, odstranění a rozpouštění cenných minerálů a kovů z použitých baterií. Metoda sonikace je vysoce účinná, energeticky úsporná 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 Li-ion baterií obvykle zahrnuje několik kroků. Zde je obecný přehled:

1. Sběr a třídění: Použité Li-ion baterie se sbírají a třídí podle svého typu a chemického složení.
2. Demontáž: Nejprve se rozbije a odstraní plastový kryt baterie. Poté se obnažená baterie vloží do kapalného dusíku, aby se neutralizovaly reaktivní, výbušné látky. Tento krok zajišťuje, že se zabrání náhlému uvolnění veškeré uložené energie a s tím spojenému následnému vznícení a výbuchu. Poté se baterie demontují, aby se oddělily jednotlivé komponenty, jako je katoda, anoda, elektrolyt a obal.
3. Drcení: Demontované baterie se drtí na menší kusy, aby se zvětšil povrch pro následné procesy.
4. Delaminace elektrod: Před úpravou k extrakci kovů je nutné izolované elektrody, tj. katodu a anodu, dále rozebrat. Protože je katodový materiál k hliníkové fólii obvykle přichycen pojivem, běžně polyvinylidenfluoridem (PVDF) nebo polytetrafluorethylenem (PTFE), je oddělení katody a hliníkové fólie od sebe obtížným úkolem.
5. Chemická úprava: Drcené komponenty baterií podstupují různé chemické úpravy, při nichž se jednotlivé materiály rozpouštějí a oddělují. To může zahrnovat loužení kyselinou nebo jinými rozpouštědly za účelem extrakce cenných kovů, jako je lithium, kobalt, nikl a měď.
6. Získávání a čištění: Rozpuštěné kovy se poté z roztoku získávají procesy, jako je srážení, extrakce rozpouštědlem nebo elektrochemické metody. Tyto kroky pomáhají drahé kovy přečistit a zkoncentrovat.

Zlepšené získávání drahých kovů pomocí sonikace

Výkonový ultrazvuk může zlepšit kroky delaminace elektrod a loužení drahých kovů a materiálů tím, že intenzifikuje reakce, a tím výrazně zefektivňuje proces jejich získávání. Ultrazvuková sonikace je technika, která využívá vysoce intenzivní ultrazvukové vlny k vytváření mechanických vibrací a akustické kavitace v kapalném médiu. Silné síly ultrazvukové sonikace se využívají ke zlepšení procesu recyklace drahých kovů z použitých Li-ion baterií několika způsoby:
 

1. Dezintegrace: Sonikace rozbíjí drcené materiály baterií, takže vznikají menší částice. Menší částice nabízejí větší povrch, díky čemuž je chemické loužení účinnější, což napomáhá uvolňování cenných kovů.
2. Zlepšené loužení: Použití sonikace během loužení může zlepšit kontakt mezi pevným materiálem a loužicím roztokem, čímž se zvyšuje účinnost extrakce kovů. Ultrazvukové loužení podporuje extrakci kovů a zvyšuje výtěžek získaných kovů a minerálů, jako je kobalt, mangan, nikl, měď a hliník.
3. Zlepšená delaminace elektrod: Cílem delaminace elektrod při recyklaci baterií je oddělit jednotlivé komponenty, jako jsou elektrody, elektrolyty a separátory, aby je bylo možné dále zpracovat nebo recyklovat jednotlivě. Sonikace napomáhá oddělení a odstranění povlaků z elektrody. Sonomechanické síly podporují účinné oddělení vrstev elektrod.
4. Urychlené reakce: Sonikace podporuje rychlejší a důkladnější míchání, které může urychlit chemické reakce během kroků získávání a čištění kovů.
5. Snížená spotřeba energie: Sonikace může zvýšit efektivitu procesu a snížit čas a energii potřebné k získávání kovů z použitých baterií.

 
Sonikace může hrát prospěšnou roli při zlepšování procesu recyklace drahých kovů a materiálů z použitých Li-ion baterií tím, že zvyšuje účinnost a efektivitu různých kroků recyklačního procesu.
Procesní kroky ultrazvukového loužení kovů a delaminace elektrod lze přizpůsobit jednotlivým recyklačním procesům, které se mohou lišit, protože společnosti specializované na recyklaci Li-ion baterií vyvíjejí a upravují své procesy k nejvyšší efektivitě.

Ultrazvuková kavitace pro separaci katody

Sonikace odděluje katodové materiály od hliníkové fólie působením akustické kavitace. Akustická neboli ultrazvuková kavitace je určena lokálně vznikajícími vysokými tlaky, vysokými teplotami a jejich následnými poklesy, jež vedou k příslušným tlakovým a teplotním rozdílům, jakož i k intenzivním mikroturbulencím a mikroproudům s vysokým smykem. Tyto kavitační síly působí na povrchová rozhraní, podporují přenos hmoty a způsobují erozi. Generováním takto intenzivních sil chemické, fyzikální, tepelné a mechanické povahy vytváří ultrazvuková kavitace potřebné míchání a přenos hmoty k narušení struktury organického pojiva, které se v lithium-iontových bateriích používá k fixaci katody ke kolektoru / hliníkové fólii.
Zatímco samotné mechanické míchání, například míchadlem, nestačí k účinnému oddělení katodového materiálu od hliníkové fólie, vysoce intenzivní sonikace 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, jakož i agitaci, proudění a kapalinové mikroproudy, které rozrušují pojivo, např. PVDF nebo PTFE, spojující katodu s Al fólií, a erodují povrch obou, katody i Al fólie. Tím se pojivo mezi oběma materiály řádně rozruší a katoda a hliníková fólie se účinně oddělí.
Například ultrazvuková separace vede k vysoké účinnosti odstranění katody 99% při použití N-methyl-2-pyrrolidonu (NMP) jako rozpouštědla při 70°C (ultrazvukový výkon 240 W a doba ultrazvukového zpracování 90 min). Protože ultrazvuková separace katody materiál rovnoměrně disperguje a zabraňuje vzniku větších aglomerátů, usnadňuje následný proces loužení kovů.
Přečtěte si více o ultrazvukové delaminaci elektrod za účelem získávání aktivních materiálů a fólií proudových kolektorů!

Ultrazvukové loužení minerálů

Výše popsané ultrazvukové kavitační účinky podporují také loužení kovů z použitých baterií. Vysoce intenzivní sonikace se nepoužívá pouze k získávání minerálů při recyklaci baterií, ale často se používá také v hydrometalurgii a při loužení drahých rud (např. důlních odkalů). Vysoké lokální teploty, tlaky a smykové síly intenzifikují loužení kovů a výrazně zvyšují účinnost loužení. Zatímco v kavitačních hot-spotech vznikají lokálně velmi extrémní teploty až 1000 K, celkové podmínky loužení vyžadují pouze mírnou teplotu přibl. 50–60°C. Díky tomu je ultrazvukové získávání kovů energeticky účinné a ekonomické.
Ultrazvukové loužení minerálů z použitých Li-ion baterií se vyznačuje vysokou výtěžností a účinností. Například kyselina sírová (H2SO4) byla úspěšně použita jako loužicí činidlo za přítomnosti peroxidu vodíku (H2O2) při ultrazvukovém získávání minerálů z katody. Ultrazvukové loužení kyselinou sírovou vedlo k výtěžnosti 94,63% u kobaltu, resp. 98,62% u lithia.
Ultrazvukové loužení organickou kyselinou citronovou (C6H8O7·H2O) vede k velmi vysoké výtěžnosti mědi a lithia, přičemž se z použitých Li-ion baterií získá 96% mědi a téměř 100% lithia.

Jednoduše a bezpečně: ultrazvukové zvětšení měřítka od testů proveditelnosti po průmyslovou recyklaci

Vysoce výkonná ultrazvuková zařízení pro recyklaci Li-ion baterií jsou snadno dostupná pro stolní, poloprovozní i průmyslovou instalaci. Protože ultrazvuková separace katody a ultrazvukové loužení minerálů z použitých baterií jsou již zavedenými procesy, je postup od prvních zkoušek přes optimalizaci podle vašich konkrétních procesních požadavků až po instalaci plně průmyslového ultrazvukového separačního a/nebo loužicího systému rychlý a jednoduchý.
Přečtěte si více o výhodách ultrazvukového loužení pro udržitelnou recyklaci baterií a urban mining!

Vysoce výkonné ultrazvukové přístroje pro recyklaci baterií

Hielscher Ultrasonics dodává vysoce výkonné ultrazvukové přístroje v jakékoli velikosti a kapacitě. S modelem UIP16000 (16kW) vyrábí Hielscher nejvýkonnější ultrazvukový procesor na světě. UIP16000 i všechny ostatní průmyslové ultrazvukové systémy lze snadno spojovat do klastrů pro dosažení požadované kapacity zpracování. Všechny ultrazvukové přístroje Hielscher jsou konstruovány pro provoz 24/7 při plném zatížení a v náročných prostředích.
Průmyslové ultrazvukové procesory Hielscher Ultrasonics mohou dodávat velmi vysoké amplitudy. Amplitudy až 200µm lze snadno provozovat nepřetržitě v režimu 24/7. Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici zakázkové ultrazvukové sonotrody.

Ultrazvukové sondy a sonoreaktory pro jakýkoli objem

Produktová řada Hielscher Ultrasonics pokrývá celé spektrum ultrazvukových procesorů od kompaktních laboratorních ultrazvukových přístrojů přes stolní a poloprovozní systémy až po plně průmyslové ultrazvukové procesory s kapacitou zpracovat celé nákladní vozy za hodinu. Kompletní produktová řada nám umožňuje nabídnout vám nejvhodnější ultrazvukové zařízení pro vaši aplikaci, procesní kapacitu a výrobní cíle.

Přesně řiditelné amplitudy pro optimální výsledky

Všechny ultrazvukové procesory Hielscher jsou přesně řiditelné, a tím jsou spolehlivými tahouny ve výzkumu a vývoji i ve výrobě. Amplituda je jedním z klíčových procesních parametrů, které ovlivňují účinnost a efektivitu sonochemicky a sonomechanicky vyvolaných reakcí. Všechny procesory Hielscher Ultrasonics umožňují přesné nastavení amplitudy. Sonotrody a boostery jsou příslušenství, která umožňují měnit amplitudu v ještě širším rozsahu. Průmyslové ultrazvukové procesory Hielscher mohou dodávat velmi vysoké amplitudy a poskytovat potřebnou intenzitu ultrazvuku pro náročné aplikace. Amplitudy až 200µm lze snadno provozovat nepřetržitě v režimu 24/7.
Přesné nastavení amplitudy a trvalé monitorování parametrů ultrazvukového procesu pomocí chytrého softwaru vám dávají možnost oddělit katodu od hliníkové fólie a také loužit minerály a kovy z použitých Li-ion baterií za nejúčinnějších ultrazvukových podmínek. Optimální sonikace pro nejefektivnější recyklaci Li-ion baterií!
Robustnost ultrazvukových přístrojů Hielscher umožňuje provoz 24/7 při vysokém zatížení a v náročných prostředích. Díky tomu jsou sonikátory Hielscher spolehlivým pracovním nástrojem, který splňuje požadavky vašeho recyklačního procesu.

Nejvyšší kvalita – navrženo a vyrobeno v Německu

Jako rodinná firma vlastněná a řízená rodinou klade Hielscher u svých ultrazvukových procesorů důraz na nejvyšší standardy kvality. Všechny ultrazvukové přístroje jsou navrženy, vyrobeny a důkladně testovány v našem sídle v Teltow u Berlína v Německu. Robustnost a spolehlivost ultrazvukových zařízení Hielscher z nich činí spolehlivého tahouna ve vaší výrobě. Provoz 24/7 při plném zatížení a v náročných prostředích je přirozenou vlastností vysoce výkonných ultrazvukových sond a reaktorů Hielscher.

Níže uvedená tabulka vám poskytne orientační přehled o přibližné kapacitě zpracování našich ultrazvukových přístrojů:

Užitečné informace

Co jsou lithium-iontové baterie?

Lithium-iontová baterie, také Li-ion baterie, je typ dobíjecí baterie. Ve srovnání s olověnými bateriemi a bateriemi na bázi niklu využívají lithium-iontová zařízení katodu, anodu a elektrolyt jako vodič.
Jako všechny baterie uchovávají Li-ion baterie chemickou energii, která se poté přeměňuje na elektrickou energii, aby poskytla statický elektrický náboj pro napájení.
Lithium-iontové baterie se běžně používají pro přenosnou elektroniku, jako jsou notebooky a chytré telefony, a také pro elektromobily. Využití Li-ion baterií vzbuzuje rostoucí zájem také u armády a společností v leteckém a kosmickém průmyslu.