Ultralyd til genbrug af lithiumionbatterier

• Lithium-ionbatterier, der anvendes i elbiler, er lige nu kommet til massemarkedet, og med det skal genvindingsevnen udvikles.
• Ultralydudvaskning er en effektiv, miljøvenlig teknik til genopretning af metaller som Li, Mg, Co, Ni etc. fra brugte Li-ion-batterier.
• Hielschers industrielle ultralydssystemer til udvaskning er pålidelige og robuste og kan nemt integreres i eksisterende genanvendelsesanlæg.

Genbrug af lithium-ion batterier

Lithium-ion batterier er almindeligt anvendt i elektriske køretøjer (EV), laptops og mobiltelefoner. Det betyder, at brugte lithium-ion-batterier er en aktuel udfordring med hensyn til affaldshåndtering og genanvendelse. Batterierne er en stor omkostning for elbiler, og deres bortskaffelse er også dyrt. Miljømæssige og økonomiske aspekter presser på for at få en lukket genbrugs sløjfe, da batteri affaldet indeholder værdifulde materialer og medvirker til at reducere CO2-belastningen fra fremstilling af lithium-ion-batterier.
Genbrug af Li-ion-batterier vokser til en blomstrende industrisektor for at sikre fremtidig tilgængelighed af sjældne jordarters metaller og andre batterikomponenter og reducere miljøomkostningerne ved minedrift.

Industriel ultralydsudvaskning

Ultralydudvaskning og metaludvinding kan anvendes til genbrugsprocesser af lithium koboltoxidbatterier (fx fra bærbare computere, smartphones osv.) Samt komplekse lithium-nikkel-mangan-cobalt-batterier (fx fra elbiler).
Ultralyd med høj effekt er velkendt for dets evne til at behandle kemiske væsker og opslæmninger for at forbedre massoverførslen og initiere kemiske reaktioner.
De intense virkninger af magt ultralyd er baseret på fænomenet akustisk kavitation. Ved at forbinde høj-effekt ultralyd i væsker / opslæmninger, genererer de alternerende lavtryks- og højtryksbølger i væsker små vakuumbobler. De små vakuumhuler vokser over forskellige lavtryks- / højtrykscyklusser, indtil de imploderer voldsomt. De sammenbrudende vakuumbobler kan betragtes som mikroreaktorer, hvor temperaturer på op til 5000K, tryk på op til 1000atm og opvarmning og køling satser over 10^-10 forekomme. Derudover genereres stærke hydrodynamiske forskydningskræfter og væskestråler med en hastighed på op til 280m / s. Disse ekstreme betingelser for akustisk kavitation skaber ekstraordinære fysiske og kemiske forhold i ellers kolde væsker og skaber et gavnligt miljø for kemiske reaktioner (sonochemistry).

Ultralydgenereret kavitation kan inducere termolyse af opløste stoffer såvel som dannelsen af ​​stærkt reaktive radikaler og reagenser, såsom frie radikaler, hydroxidioner (OH) hydronium (H₃O +) etc., som tilvejebringer ekstraordinære reaktive betingelser i væsken, således at reaktionshastigheden øges signifikant. Faste stoffer som partikler accelereres af væskestrålerne og formales ved hjælp af interparticular kollision og slidforøgelse, der forøger det aktive overfladeareal og derved massoverførsel.
Den store fordel ved ultralydudvaskning og metalgenopretning er den nøjagtige kontrol over procesparametrene som amplitude, tryk og temperatur. Disse parametre tillader justering af reaktionsbetingelserne nøjagtigt til procesmediet og målrettet udgang. Desuden fjerner ultralydudvaskning selv de mindste metalpartikler fra substratet, samtidig med at mikrostrukturer bevares. Den forbedrede metalgenopretning skyldes ultralydsdannelsen af ​​stærkt reaktive overflader, forøgede reaktionshastigheder og forbedret massetransport. Sonikationsprocesser kan optimeres ved at påvirke hver parameter og er derfor ikke kun meget effektive, men også meget energieffektive.
Den nøjagtige parameterkontrol og energieffektivitet gør ultralydsudvaskning den fordelagtige og fremragende teknik – især sammenlignet med komplicerede syreudvasknings- og chelationsteknikker.

Ultralyd Recovery af LiCoO₂ fra brugte lithium-ion batterier

Ultralydning hjælper den reduktive udvaskning og kemiske udfældning, som anvendes til at genvinde Li som Li₂CO₃ og Co som Co (OH)₂ fra brugte lithium-ion batterier.
Zhang et al. (2014) rapporterer om en vellykket genopretning af LiCoO₂ ved hjælp af en ultralydreaktor. For at forberede startopløsningen på 600 ml placerede de 10 g ugyldig LiCoO₂ pulver i et bægerglas og tilsat 2,0 mol / l LiOH-opløsning, som blev blandet.
Blandingen blev hældt i ultralydsbestrålingen, og omrøringsindretningen startede, omrøringsindretningen blev anbragt i det indre af reaktionsbeholderen. Det blev opvarmet til 120◦C, og derefter den Ultralydsindretning blev indstillet til 800W, og ultralydtilstanden blev indstillet til pulserende arbejdscyklus på 5 sek. ON / 2sec. AF. Ultralydbestrålingen blev påført i 6 timer, og derefter blev reaktionsblandingen afkølet til stuetemperatur. Den faste remanens blev vasket flere gange med deioniseret vand og tørret ved 80 ° C indtil konstant vægt. Den opnåede prøve blev opsamlet til efterfølgende test og batteriproduktion. Afladningskapaciteten i første cyklus er 134,2mAh / g, og udledningskapaciteten er 133,5mAh / g. Førstidsladningen og udladningseffektiviteten var 99,5%. Efter 40 cyklusser er udladningskapaciteten stadig 132,9mAh / g. (Zhang et al., 2014)

Ultralydudvaskning med organiske syrer som citronsyre er ikke kun effektiv, men også miljøvenlig. Forskning viste, at udvaskningen af ​​Co og Li er mere effektiv med citronsyre end med de uorganiske syrer H₂SÅ₄ og HCI. Mere end 96% Co og næsten 100% Li blev genvundet fra brugte lithium-ion-batterier. Den kendsgerning, at organiske syrer som citronsyre og eddikesyre er billige og biologisk nedbrydelige, bidrager til yderligere økonomiske og miljømæssige fordele ved sonikering.

High Power Industrial Ultrasonics

Hielscher Ultrasonics er din længe erfarne leverandør til højt effektive og pålidelige ultralydsystemer, der leverer den nødvendige kraft til at udvask metal fra affaldsmaterialer. For at genoparbejde li-ion batterier ved at udvide metaller som kobolt, lithium, nikkel og mangan er kraftfulde og robuste ultralydsystemer afgørende. Hielscher Ultrasonics’ industrielle enheder som f.eks UIP4000hdT (4 kW), UIP10000 (10kW) og UIP16000 (16kW) er de mest kraftfulde og robuste højtydende ultralydssystemer på markedet. Alle vores industrielle enheder kan løbende køre med meget høje amplituder på op til 200 μm i 24/7 drift. Til endnu højere amplituder er der til rådighed tilpassede ultralydssonotroder. Robustheden af ​​Hielscher's ultralyd udstyr giver mulighed for døgnet rundt drift i tunge og krævende omgivelser. Hielscher leverer også specielle sonotroder og reaktorer til høje temperaturer, tryk og ætsende væsker. Dette gør vores industrielle ultralydapparater mest egnede til udvindingsmetallurgi teknikker, fx hydrometallurgiske behandlinger.

Tabellen nedenfor giver dig en indikation af den omtrentlige forarbejdningskapacitet hos vores ultralydapparater:

Litteratur / Referencer

• Golmohammadzadeh R., Rashchi F., Vahidi E. (2017): Genopretning af lithium og kobolt fra brugte lithiumionbatterier ved anvendelse af organiske syrer: Procesoptimering og kinetiske aspekter. Affaldshåndtering 64, 2017. 244-254.
• Shin S.-M .; Lee D.-W .; Wang J.-P. (2018): Fremstilling af nikkel nanoseret pulver fra LiNiO₂ fra brugte lithium-ion batteri. Metaller 8, 2018.
• Zhang Z., W. W., Li G., Xia J., Hu H., Huang J. (2014): Ultralyd-assisteret hydrotermisk renovering af LiCoO₂ fra katoden af ​​brugte lithium-ion batterier. Int. J. Electrochem. Sci., 9 (2014). 3691-3700.
• Zhang Z., He W., Li G., Xia J., Hu H., Huang J., Shengbo Z. (2014): Recovery of lithium cobalt oxid material from the cathode of spent lithium-ion batteries. ECS Electrochemistry Letters, 3 (6), 2014. A58-A61.

---

---