Ultralyd gør genbrug af lithium-ion-batterier mere effektiv

Lithium er et sjældent og meget værdifuldt materiale, der findes i højtydende batterier, såsom Li-ion-batterier. Lithium er det mest værdifulde materiale, der genvindes i genbrug af Li-ion-batterier, men også andre mineraler og metaller som kobolt, mangan, nikkel, kobber og aluminium er værdifulde metaller til genvinding. Ultralydbehandling med høj intensitet bruges som omrøring og udvaskningsteknik med høj forskydning til at udvinde, fjerne og opløse værdifulde mineraler og metaller fra brugte batterier. Sonikeringsmetoden er meget effektiv, energieffektiv og er let tilgængelig til installation i fuldt kommercielle genbrugsanlæg.

Oversigt: Genbrugsproces for Li-ion-batterier

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

1. Indsamling og sortering: Brugte Li-ion-batterier indsamles og sorteres ud fra deres typer og kemi.
2. demontering: Først brydes batteriets plastikdæksel op og fjernes. Derefter lægges det nøgne batteri i flydende nitrogen for at neutralisere reaktive, eksplosive stoffer. Dette trin sikrer, at en pludselig frigivelse af al lagret energi og den efterfølgende antændelse og eksplosion i forbindelse med forhindres. Derefter skilles batterierne ad for at adskille de forskellige komponenter, såsom katoden, anoden, elektrolytten og kabinettet.
3. Makulering: De adskilte batterier makuleres i mindre stykker for at øge overfladearealet til efterfølgende processer.
4. Delaminering af elektroder: Før metalekstraktionsbehandlingen skal de isolerede elektroder, dvs. katode og anode, skilles yderligere ad. Da katodematerialet generelt klæbes til aluminiumsfolie af et bindemiddel, almindeligvis polyvinylidenfluorid (PVDF) eller polytetrafluorethylen (PTFE), er det en vanskelig opgave at fjerne katode og aluminiumsfolie fra hinanden.
5. Kemisk behandling: De makulerede batterikomponenter gennemgår forskellige kemiske behandlinger for at opløse og adskille de forskellige materialer. Dette kan involvere udvaskning med syre eller andre opløsningsmidler for at udvinde værdifulde metaller som lithium, kobolt, nikkel og kobber.
6. Genvinding og rensning: De opløste metaller genvindes derefter fra opløsningen gennem processer som udfældning, opløsningsmiddelekstraktion eller elektrokemiske metoder. Disse trin hjælper med at rense og koncentrere ædelmetallerne.

Genvinding af ædelmetal forbedret ved sonikering

Ultralyd kan forbedre trinene til elektrodelaminering og udvaskning af ædle metaller og materialer ved at intensivere reaktionerne og derved gøre genvindingsprocessen betydeligt mere effektiv. Ultralydbehandling, det er en teknik, der anvender ultralydbølger med høj intensitet til at skabe mekaniske vibrationer og akustisk kavitation i et flydende medium. De stærke kræfter ved ultralydbehandling bruges til at forbedre genbrugsprocessen af ædle metaller fra brugte Li-ion-batterier på flere måder:
 

1. Opløsning: Ultralydbehandling nedbryder de strimlede batterimaterialer, så der dannes mindre partikler. Mindre partikler giver et højere overfladeareal, hvilket gør den kemiske udvaskning mere effektiv og hjælper med frigivelsen af værdifulde metaller.
2. Forbedret udvaskning: Anvendelsen af ultralydbehandling under udvaskningsprocesser kan forbedre kontakten mellem det faste materiale og udvaskningsopløsningen, hvilket øger effektiviteten af metalekstraktion. Ultralydsudvaskning fremmer metalekstraktionen og øger udbyttet af genvundne metaller og mineraler som kobolt, mangan, nikkel, kobber og aluminium.
3. Forbedret elektrodelaminering: Målet med elektrodelaminering under batterigenbrug er at adskille de forskellige komponenter, såsom elektroder, elektrolytter og separatorer, så de kan videreforarbejdes eller genbruges individuelt. Ultralydbehandling hjælper med at løsne og fjerne belægninger fra elektroden. Sonomekaniske kræfter fremmer effektiv adskillelse af elektrodernes lag.
4. Accelererede reaktioner: Ultralydbehandling fremmer hurtigere og mere grundig blanding, hvilket kan fremskynde kemiske reaktioner under metalgenvinding og oprensningstrin.
5. Reduceret energiforbrug: Ultralydbehandling kan forbedre proceseffektiviteten, hvilket reducerer den tid og energi, der kræves til metalgenvinding fra brugte batterier.

 
Ultralydbehandling kan spille en gavnlig rolle i at forbedre genbrugsprocessen af ædle metaller og materialer fra brugte Li-ion-batterier ved at øge effektiviteten og effektiviteten af forskellige trin, der er involveret i genbrugsprocessen.
Procestrinene for ultralydsmetaludvaskning og elektrodelaminering kan tilpasses individuelle genbrugsprocesser, som kan variere, efterhånden som virksomheder med speciale i genbrug af Li-ion-batterier udvikler og ændrer deres processer til den højeste effektivitet.

Ultralydkavitation til katodeadskillelse

Ultralydbehandling adskiller katodematerialer fra aluminiumsfolie ved virkningerne af akustisk kavitation. Akustisk eller ultralydskavitation bestemmes af lokalt forekommende høje tryk, høje temperaturer og deres efterfølgende fald, hvilket resulterer i respektive tryk- og temperaturforskelle samt intense mikroturbulenser og mikrostråler med høj forskydning. Disse kavitationskræfter påvirker overfladegrænser, fremmer masseoverførsel og forårsager erosion. Generering af så intense kræfter af kemisk, fysisk, termisk og mekanisk karakter skaber ultralydkavitation den nødvendige omrøring og masseoverførsel for at bryde den organiske bindemiddelstruktur, der anvendes i lithium-ion-batterier for at fiksere katoden til opsamleren? aluminiumsfolien.
Mens mekanisk omrøring, såsom omrøring alene, er utilstrækkelig til at løsne katodematerialet effektivt fra aluminiumsfolien, giver ultralydbehandling med høj intensitet den nødvendige sonokemiske og sonomekaniske energi til at fjerne katodematerialet helt fra samlerne. I modsætning til mekanisk omrøring genererer ultralydskavitation intense turbulenser, lokalt høje temperaturer og tryk samt omrøring, streaming og væskestråler, der bryder bindemidlet op, f.eks. PVDF eller PTFE, som forbinder katoden med Al-folien og eroderer overfladen af både katode og Al-folie. Derved ødelægges bindemidlet mellem begge materialer korrekt, og katode og aluminiumsfolie adskilles effektivt.
For eksempel resulterer ultralydsseparation i høj effektivitet af katodefjernelse på 99% ved hjælp af N-methyl-2-pyrrolidon (NMP) som opløsningsmiddel ved 70 ° C (240 W ultralydseffekt og 90 minutters ultralydsbehandlingstid). Da ultralydskatodeadskillelse spreder materialet jævnt og forhindrer større agglomerater, lettes den efterfølgende metaludvaskningsproces.
Læs mere om ultralydselektrodelaminering for at genvinde aktive materialer og strømkollektorfolier!

Ultralydsudvaskning af mineraler

De ultralydskavitationseffekter, der er beskrevet ovenfor, fremmer også udvaskningen af metaller fra brugte batterier. Ultralydbehandling med høj intensitet bruges ikke kun til at genvinde mineral i genbrug af batterier, men bruges også ofte i hydrometallurgi og udvaskning af ædle malme (f.eks. Minedrift). De høje lokaliserede temperaturer, tryk og forskydningskræfter intensiverer metaludvaskningen og øger udvaskningseffektiviteten betydeligt. Mens der i kavitationelle hot-spots forekommer lokaliserede meget ekstreme temperaturer på op til 1000 K, kræver de samlede udvaskningsforhold kun en mild temperatur på ca. 50-60°C. Dette gør ultralydsmetalgenvindingen energieffektiv og økonomisk.
Ultralydsudvaskning af mineraler fra brugte Li-ion-batterier er kendetegnet ved høje genvindingshastigheder og effektivitet. For eksempel blev svovlsyre (H2SO4) med succes brugt som udvaskningsmiddel i nærvær af hydrogenperoxid (H2O2) under ultralydsmineralgenvinding fra katoden. Ultralydsudvaskning med svovlsyre resulterede i genopretningsrater på henholdsvis 94,63% for kobolt og 98,62% for lithium.
Ultralydsudvaskning med organisk citronsyre (C6H8O7· H2O) resulterer i meget høj genvinding af kobber og lithium, der opnår 96 % kobber og næsten 100 % lithium fra de brugte Li-ion-batterier.

Enkel og sikker: Ultralydsopskalering fra gennemførlighedstest til industriel genbrug

Højtydende ultralydsudstyr til genbrug af Li-ion-batterier er let tilgængeligt til bord-, pilot- og industriel installation. Da ultralydskatodeseparation og ultralydsudvaskning af mineraler fra brugte batterier allerede er etablerede processer, er processen fra første forsøg, optimering til dine specifikke proceskrav og installation af et fuldindustrielt ultralydsseparations- og? eller udvaskningssystem hurtigt og enkelt.
Læs mere om fordelene ved ultralydsudvaskning til bæredygtig batterigenbrug og urban minedrift!

Højtydende ultralydapparater til genbrug af batterier

Hielscher Ultrasonics leverer højtydende ultralydapparater i enhver størrelse og kapacitet. Med UIP16000 (16kW) fremstiller Hielscher den mest kraftfulde ultralydsprocessor på verdensplan. UIP16000 såvel som alle andre industrielle ultralydssystemer kan let klynges til den krævede behandlingskapacitet. Alle Hielscher ultralydapparater er bygget til 24/7 drift under fuld belastning og i krævende miljøer.
Hielscher Ultrasonics’ Industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder. Amplituder på op til 200 μm kan nemt køres kontinuerligt i 24/7 drift. For endnu højere amplituder er tilpassede ultralydssonotroder tilgængelige.

Ultralydssonder og sono-reaktorer til ethvert volumen

Hielscher Ultrasonics produktsortiment dækker hele spektret af ultralydsprocessorer fra kompakte laboratorieultralydapparater over bord- og pilotsystemer til fuldt industrielle ultralydsprocessorer med kapacitet til at behandle lastbiler i timen. Det fulde produktsortiment giver os mulighed for at tilbyde dig det bedst egnede ultralydsudstyr til din applikation, proceskapacitet og produktionsmål.

Præcist kontrollerbare amplituder for optimale resultater

Alle Hielscher ultralydsprocessorer er præcist kontrollerbare og dermed pålidelige arbejdsheste i R&D og produktion. Amplituden er en af de afgørende procesparametre, der påvirker effektiviteten og effektiviteten af sonokemisk og sonomekanisk inducerede reaktioner. Alle Hielscher ultralydsapparater’ 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.
Præcise amplitudeindstillinger og permanent overvågning af ultralydsprocesparametrene via smart software giver dig mulighed for at adskille katoden fra aluminiumsfolien samt udvaske mineraler og metaller fra brugte Li-ion-batterier under de mest effektive ultralydsforhold. Optimal sonikering til mest effektiv genbrug af Li-ion-batterier!
Robustheden af Hielscher ultrssonicators giver mulighed for 24/7 drift ved tunge opgaver og i krævende miljøer. Dette gør, at Hielscher sonikere er et pålideligt arbejdsredskab, der opfylder dine krav til genbrugsprocessen.

Højeste kvalitet – Designet og fremstillet i Tyskland

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.

Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater:

Fakta, der er værd at vide

Hvad er lithium-ion-batterier?

Et lithium-ion-batteri, også Li-ion-batteri, er en type genopladeligt batteri. Sammenlignet med bly- og nikkelbaserede batterier bruger lithium-ion-enheder en katode, en anode og elektrolyt som leder.
Som alle batterier lagrer Li-ion-batterier kemisk energi, som derefter omdannes til elektrisk energi for at give en statisk elektrisk ladning til strøm.
Lithium-ion-batterier bruges almindeligvis til bærbar elektronik såsom bærbare computere, smartphones samt elektriske køretøjer. Anvendelsen af Li-ion-batterier vækker også stigende interesse fra militær- og rumfartsvirksomhederne.