Υπερήχων για την ανακύκλωση μπαταριών ιόντων λιθίου

  • Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου που χρησιμοποιούνται στα ηλεκτρικά αυτοκίνητα έρχονται τώρα στη μαζική αγορά και με αυτό πρέπει να αναπτυχθούν δυνατότητες ανακύκλωσης.
  • Η υπερηχητική απόπλυση είναι μια αποτελεσματική, φιλική προς το περιβάλλον τεχνική για την ανάκτηση μετάλλων όπως Li, Mg, Co, Ni κ.λπ. από τις χρησιμοποιημένες μπαταρίες ιόντων λιθίου.
  • Hielscher βιομηχανικά συστήματα υπερήχων για εφαρμογές έκπλυσης είναι αξιόπιστα και ισχυρά και μπορούν εύκολα να ενσωματωθούν σε υπάρχουσες εγκαταστάσεις ανακύκλωσης.

Ανακύκλωση μπαταριών ιόντων λιθίου

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου χρησιμοποιούνται ευρέως στα ηλεκτρικά οχήματα (EV), στους φορητούς υπολογιστές και στα κινητά τηλέφωνα. Αυτό σημαίνει ότι οι μπαταρίες ιόντων λιθίου που δαπανώνται αποτελούν τρέχουσα πρόκληση όσον αφορά τη διαχείριση και την ανακύκλωση των αποβλήτων. Οι μπαταρίες είναι ένας σημαντικός οδηγός κόστους για τις ΕΕΥ, και η διάθεσή τους είναι επίσης δαπανηρή. Οι περιβαλλοντικές και οικονομικές πτυχές ωθίζονται σε κλειστό βρόχο ανακύκλωσης, καθώς τα απορρίμματα μπαταριών περιέχουν πολύτιμα υλικά και συμβάλλουν στη μείωση του αποτυπώματος άνθρακα της παραγωγής μπαταριών ιόντων λιθίου.
Η ανακύκλωση των μπαταριών ιόντων λιθίου αναπτύσσεται σε έναν ευημερούντα βιομηχανικό τομέα, προκειμένου να διασφαλιστεί η μελλοντική διαθεσιμότητα των μετάλλων σπάνιων γαιών και άλλων εξαρτημάτων των μπαταριών και να μειωθεί το περιβαλλοντικό κόστος της εξόρυξης.

Αίτηση για πληροφορίες




Σημειώστε τις Πολιτική Απορρήτου.


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

48kW επεξεργαστή υπερήχων
για απαιτητικές εφαρμογές όπως η έκπλυση μετάλλων

Πυρομεταλλουργική και υδρομεταλλουργική ανακύκλωση έναντι ανακύκλωσης μπαταριών υπερήχων

Παρακάτω, συγκρίνουμε τις συμβατικές μεθόδους πυρομεταλλουργικών και υδρομεταλλουργικών διεργασιών με την τεχνική έκπλυσης υπερήχων όσον αφορά τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα.

Τα μειονεκτήματα της συμβατικής ανακύκλωσης μπαταριών

Οι παραδοσιακές μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για την ανακύκλωση μπαταριών ιόντων λιθίου περιλαμβάνουν πυρομεταλλουργικές και υδρομεταλλουργικές διεργασίες.
 
Πυρομεταλλουργικές μέθοδοι περιλαμβάνουν διεργασίες υψηλής θερμοκρασίας, όπως η τήξη ή η αποτέφρωση. Οι μπαταρίες υποβάλλονται σε υπερβολική θερμότητα, προκαλώντας καύση των οργανικών συστατικών και τα υπόλοιπα μεταλλικά συστατικά τήκονται και διαχωρίζονται. Ωστόσο, αυτές οι μέθοδοι έχουν ορισμένα μειονεκτήματα:

  • Περιβαλλοντικές επιπτώσεις: Οι πυρομεταλλουργικές διεργασίες απελευθερώνουν επιβλαβείς εκπομπές και ρύπους στην ατμόσφαιρα, συμβάλλοντας στην ατμοσφαιρική ρύπανση και προκαλώντας δυνητικά κινδύνους για την υγεία.
  • Απώλεια υλικών: Οι διεργασίες υψηλής θερμοκρασίας μπορούν να οδηγήσουν στην απώλεια πολύτιμων υλικών και μετάλλων λόγω θερμικής υποβάθμισης, μειώνοντας το συνολικό ποσοστό ανάκτησης.
  • Ενεργοβόρα: Αυτές οι μέθοδοι απαιτούν συνήθως σημαντική εισροή ενέργειας, γεγονός που αυξάνει το λειτουργικό κόστος και το περιβαλλοντικό αποτύπωμα.

 
Υδρομεταλλουργικές μέθοδοι περιλαμβάνουν χημική έκπλυση για τη διάλυση των εξαρτημάτων της μπαταρίας και την εξαγωγή πολύτιμων μετάλλων. Ενώ είναι πιο φιλική προς το περιβάλλον από τις πυρομεταλλουργικές μεθόδους, η υδρομεταλλουργία έχει τα δικά της μειονεκτήματα:

  • Χημική χρήση: Ισχυρά οξέα ή άλλες διαβρωτικές χημικές ουσίες απαιτούνται για την έκπλυση, γεγονός που εγείρει ανησυχίες σχετικά με τον χειρισμό χημικών ουσιών, τη διαχείριση αποβλήτων και την πιθανή περιβαλλοντική μόλυνση.
  • Προκλήσεις επιλεκτικότητας: Η επίτευξη επιλεκτικής έκπλυσης των επιθυμητών μετάλλων μπορεί να είναι δύσκολη, οδηγώντας σε χαμηλότερα ποσοστά ανάκτησης και πιθανή απώλεια πολύτιμων πόρων.

 

Πλεονεκτήματα της έκπλυσης μπαταρίας υπερήχων έναντι συμβατικών τεχνικών

Σε σύγκριση με τις δύο, πυρομεταλλουργικές και υδρομεταλλουργικές τεχνικές ανακύκλωσης, η τεχνική ανακύκλωσης μπαταριών υπερήχων υπερτερεί λόγω διαφόρων πλεονεκτημάτων:

  1. Βελτιωμένη απόδοση: Υπερήχων κατεργασία με υπερήχους μπορεί να επιταχύνει τη διάσπαση των υλικών της μπαταρίας, με αποτέλεσμα μικρότερους χρόνους επεξεργασίας και υψηλότερη συνολική απόδοση.
  2. Βελτιωμένα ποσοστά ανάκτησης: Η ελεγχόμενη εφαρμογή υπερηχητικής σπηλαίωσης ενισχύει τη διάσπαση των εξαρτημάτων της μπαταρίας, αυξάνοντας τα ποσοστά ανάκτησης πολύτιμων μετάλλων.
  3. Φιλικά: Η ανακύκλωση υπερήχων μειώνει την εξάρτηση από τις υψηλές θερμοκρασίες και τις σκληρές χημικές ουσίες, ελαχιστοποιώντας τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις και μειώνοντας τις εκπομπές ρύπων.
  4. Επιλεκτική έκπλυση: Η ελεγχόμενη εφαρμογή υπερήχων επιτρέπει τη στοχευμένη διακοπή συγκεκριμένων εξαρτημάτων εντός της μπαταρίας, διαχωρίζοντάς τα αποτελεσματικά. Δεδομένου ότι διαφορετικές ανακυκλώσιμες ενώσεις μπαταριών αφαιρούνται και διαλύονται υπό συγκεκριμένες εντάσεις υπερήχων, οι βελτιστοποιημένες παράμετροι επεξεργασίας επιτρέπουν την επιλεκτική έκπλυση μεμονωμένων υλικών. Αυτό διευκολύνει τον αποτελεσματικό διαχωρισμό πολύτιμων μετάλλων και υλικών.
  5. Μειωμένη κατανάλωση ενέργειας: Σε σύγκριση με τις δύο, τις υδρομεταλλουργικές και ειδικά τις πυρομεταλλουργικές μεθόδους, η ανακύκλωση υπερήχων είναι γενικά πιο ενεργειακά αποδοτική, οδηγώντας σε χαμηλότερο λειτουργικό κόστος και μειωμένο αποτύπωμα άνθρακα.
  6. Επεκτασιμότητα και ευελιξία: Τα συστήματα υπερήχων μπορούν εύκολα να κλιμακωθούν προς τα πάνω ή προς τα κάτω για να φιλοξενήσουν διάφορα μεγέθη μπαταριών και δυνατότητες παραγωγής. Επιπλέον, υπερήχων για ανακύκλωση μπαταριών μπορεί εύκολα να ενσωματωθεί σε ήδη υπάρχουσες εγκαταστάσεις ανακύκλωσης μπαταριών. Άμεσα διαθέσιμοι σε διάφορες κλίμακες ισχύος και ταιριαστά εξαρτήματα, όπως υπερηχητικοί ανιχνευτές και αντιδραστήρες κυττάρων ροής, οι υπερήχων μπορούν να χειριστούν εξαρτήματα μπαταριών διάφορα μεγέθη και δυνατότητες παραγωγής, παρέχοντας επεκτασιμότητα και προσαρμοστικότητα στις διαδικασίες ανακύκλωσης.
  7. Συνεργιστική ολοκλήρωση: Η υπερηχητική έκπλυση μπορεί να ενσωματωθεί στις υπάρχουσες υδρομεταλλουργικές γραμμές ανακύκλωσης μπαταριών προκειμένου να ενταθεί και να βελτιωθεί η υδρομεταλλουργική έκπλυση πολύτιμων μετάλλων και υλικών από χρησιμοποιημένες μπαταρίες ιόντων λιθίου.

Συνολικά, η ανακύκλωση μπαταριών υπερήχων δείχνει υπόσχεση ως μια πιο φιλική προς το περιβάλλον, αποτελεσματική και επιλεκτική μέθοδος σε σύγκριση με τις παραδοσιακές πυρομεταλλουργικές και υδρομεταλλουργικές προσεγγίσεις.

 

Ισχυρό Υπερήχων σπηλαίωσης στο Hielscher Cascatοδηγούσε

Ισχυρό Υπερήχων σπηλαίωσης στο Hielscher Cascatοδηγούσε

 

Αίτηση για πληροφορίες




Σημειώστε τις Πολιτική Απορρήτου.


Βιομηχανική υπερηχητική έκπλυση για την ανάκτηση μετάλλων από τις χρησιμοποιημένες μπαταρίες

Η εκχύλιση με υπερήχους και η εκχύλιση μετάλλων μπορούν να εφαρμοστούν στις διαδικασίες ανακύκλωσης των μπαταριών λιθίου οξειδίου του κοβαλτίου (π.χ. από φορητούς υπολογιστές, smartphones κ.λπ.) καθώς και σύνθετων μπαταριών λιθίου-νικελίου-μαγγανίου-κοβαλτίου (π.χ. ηλεκτρικών οχημάτων).
Βιομηχανικός υπερηχητικός αντιδραστήρας πολλαπλών ανιχνευτών για ανάκτηση μετάλλων από χρησιμοποιημένες μπαταρίες ιόντων λιθίου. Η έκπλυση Ultarsonic δίνει υψηλές αποδόσεις ανάκτησης λιθίου, κοβαλτίου, χαλκού, αλουμινίου και νικελίου.Ο υπέρηχος υψηλής ισχύος είναι γνωστός για την ικανότητά του να επεξεργάζεται χημικά υγρά και πολτούς προκειμένου να βελτιωθεί η μεταφορά μαζών και να ξεκινήσουν οι χημικές αντιδράσεις.
Οι έντονες επιδράσεις της υπερηχητικής ισχύος βασίζονται στο φαινόμενο της ακουστικής σπηλαίωσης. Με τη σύνδεση υπερήχων υψηλής ισχύος σε υγρά / ιλύες, τα εναλλασσόμενα κύματα χαμηλής πίεσης και υψηλής πίεσης σε υγρά δημιουργούν μικρές φυσαλίδες κενού. Τα κενά μικρού κενού αναπτύσσονται σε διάφορους κύκλους χαμηλής πίεσης / υψηλής πίεσης έως ότου βυθιστεί βίαια. Οι φυσαλίδες κατάρρευσης κενού μπορούν να θεωρηθούν ως μικροαντιδραστήρες στις οποίες θερμοκρασίες μέχρι 5000K, πιέσεις μέχρι 1000atm, και ταχύτητες θέρμανσης και ψύξης πάνω από 10-10 συμβαίνω. Επιπλέον, παράγονται ισχυρές υδροδυναμικές δυνάμεις διάτμησης και πίδακες υγρού με ταχύτητα έως 280m/s. Αυτές οι ακραίες συνθήκες ακουστικής σπηλαίωσης δημιουργούν εξαιρετικές φυσικές και χημικές συνθήκες σε κατά τα άλλα κρύα υγρά και δημιουργούν ένα ευεργετικό περιβάλλον για χημικές αντιδράσεις (τις λεγόμενες sonochemistry).

Υπερηχητική έκπλυση στην ανακύκλωση χρησιμοποιημένων μπαταριών ιόντων λιθίου. (Κάντε κλικ για μεγέθυνση!)

Υπερηχητική έκπλυση μετάλλων από απορρίμματα μπαταριών που έχουν εξαντληθεί.

Η σπηλαίωση που παράγεται με υπερήχους μπορεί να προκαλέσει τη θερμόλυση των διαλελυμένων ουσιών καθώς και τον σχηματισμό ιδιαίτερα δραστικών ριζών και αντιδραστηρίων, όπως ελεύθερες ρίζες, ιόντα υδροξειδίου (• ΟΗ), υδρογόνου (Η3Ο +) κλπ., Οι οποίες παρέχουν εξαιρετικές αντιδραστικές συνθήκες στο υγρό έτσι ώστε ο ρυθμός αντίδρασης να αυξηθεί σημαντικά. Στερεά όπως τα σωματίδια επιταχύνεται από τους πίδακες υγρού και αλέθονται διαμέσου της χωρικής σύγκρουσης και της εκτριβής αυξάνοντας την ενεργή επιφάνεια και συνεπώς τη μεταφορά μάζας.
Το μεγάλο πλεονέκτημα της υπεριώδους έκπλυσης και της ανάκτησης μετάλλων είναι ο ακριβής έλεγχος των παραμέτρων της διαδικασίας όπως πλάτος, πίεση και θερμοκρασία. Αυτές οι παράμετροι επιτρέπουν την προσαρμογή των συνθηκών αντίδρασης ακριβώς στο μέσο επεξεργασίας και στη στοχοθετημένη έξοδο. Επιπλέον, η υπερηχητική απόπλυση αφαιρεί ακόμη και τα μικρότερα σωματίδια μετάλλου από το υπόστρωμα, διατηρώντας παράλληλα τις μικροδομές. Η ενισχυμένη ανάκτηση μετάλλων οφείλεται στην υπερήχηση δημιουργίας πολύ αντιδρώντων επιφανειών, αυξημένων ρυθμών αντίδρασης και βελτιωμένης μεταφοράς μαζών. Οι διεργασίες sonication μπορούν να βελτιστοποιηθούν επηρεάζοντας κάθε παράμετρο και ως εκ τούτου δεν είναι μόνο πολύ αποτελεσματικές αλλά και εξαιρετικά ενεργειακά αποδοτικές.
Ο ακριβής έλεγχος παραμέτρων και η ενεργειακή απόδοση καθιστούν την υπερήχηση να εκπέμπει την ευνοϊκή και εξαιρετική τεχνική – ιδιαίτερα σε σύγκριση με περίπλοκες τεχνικές έκπλυσης και χηλίωσης με οξύ.

Υπερηχητική ανάκτηση του LiCoO2 από τις χρησιμοποιημένες μπαταρίες ιόντων λιθίου

Η υπερήχους βοηθά στην αναγωγική έκπλυση και τη χημική κατακρήμνιση, οι οποίες χρησιμοποιούνται για την ανάκτηση Li ως Li2συνεργασία3 και Co ως Co (ΟΗ)2 από αποβλήτες μπαταρίες ιόντων λιθίου.
Zhang et αϊ. (2014) αναφέρουν την επιτυχή ανάκτηση του LiCoO2 χρησιμοποιώντας έναν υπερηχητικό αντιδραστήρα. για να ετοιμάσουν το αρχικό διάλυμα 600mL, έβαλαν 10g άκυρου LiCoO2 σκόνης σε ένα ποτήρι και προστέθηκαν 2,0mol / L διαλύματος LiOH, τα οποία αναμίχθηκαν.
Το μίγμα χύθηκε στην υπερηχητική ακτινοβολία και ξεκίνησε η συσκευή ανάδευσης, η συσκευή ανάδευσης τοποθετήθηκε στο εσωτερικό του δοχείου αντίδρασης. Θερμάνθηκε στους 120 ° C και έπειτα το συσκευή υπερήχων ρυθμίστηκε σε 800W και ο τρόπος δράσης υπερήχων ρυθμίστηκε σε κύκλους παλμικού κύκλου λειτουργίας των 5 δευτερολέπτων. ON / 2sec. ΜΑΚΡΙΑ ΑΠΟ. Η υπερηχητική ακτινοβολία εφαρμόστηκε για 6 ώρες και στη συνέχεια το μίγμα αντίδρασης ψύχθηκε σε θερμοκρασία δωματίου. Το στερεό υπόλειμμα πλύθηκε μερικές φορές με απιονισμένο νερό και ξηράνθηκε στους 80 ° C μέχρι σταθερού βάρους. Το ληφθέν δείγμα συλλέχθηκε για μετέπειτα δοκιμή και παραγωγή μπαταρίας. Η χωρητικότητα φόρτισης στον πρώτο κύκλο είναι 134,2mAh / g και η ικανότητα αποφόρτισης είναι 133,5mAh / g. Η απόδοση φόρτισης και εκφόρτισης για πρώτη φορά ήταν 99,5%. Μετά από 40 κύκλους, η ικανότητα αποφόρτισης εξακολουθεί να είναι 132,9mAh / g. (Zhang et al., 2014)
 

Proby-τύπου υπερήχους βελτιώνει την έκπλυση και την ανάκτηση των πολύτιμων μετάλλων και υλικών από χρησιμοποιημένες μπαταρίες ιόντων λιθίου. Hielscher Υπέρηχοι προμήθειες κλειδί στο χέρι υπερήχων έτοιμο για την εγκατάσταση σε εργοστάσιο ανακύκλωσης μπαταριών για βελτιωμένη ανακύκλωση αποδόσεις.

Χρησιμοποιούνται κρύσταλλοι LiCoO2 πριν (α) και μετά (β) θεραπεία με υπερήχους στους 120◦C για 6 ώρες.
Μελέτη και εικόνες: ©Zhang et al. 2014

 
Υπερήχων έκπλυση με οργανικά οξέα όπως το κιτρικό οξύ δεν είναι μόνο αποτελεσματική αλλά και φιλική προς το περιβάλλον. Η έρευνα διαπίστωσε ότι η έκπλυση του Co και του Li είναι πιο αποτελεσματική με το κιτρικό οξύ παρά με τα ανόργανα οξέα H2SO4 και HCl. Περισσότερο από 96% Co και σχεδόν 100% Li ανακτήθηκαν από χρησιμοποιημένες μπαταρίες ιόντων λιθίου. Το γεγονός ότι τα οργανικά οξέα όπως το κιτρικό οξύ και το οξικό οξύ είναι φθηνά και βιοδιασπώμενα, συμβάλλει σε περαιτέρω οικονομικά και περιβαλλοντικά πλεονεκτήματα της υπερήχησης.

Βιομηχανικοί υπέρηχοι υψηλής ισχύος για έκπλυση μετάλλων από χρησιμοποιημένες μπαταρίες

UIP4000hdT - Hielscher's 4kW high-performance ultrasonic system Hielscher Υπέρηχοι είναι μακρόχρονη εμπειρία προμηθευτή σας για εξαιρετικά αποτελεσματική και αξιόπιστη υπερήχων συστήματα, τα οποία παρέχουν την απαιτούμενη ισχύ για την έκπλυση μετάλλων από τα απόβλητα. Προκειμένου να επανεπεξεργαστούν οι μπαταρίες ιόντων λιθίου με την εξαγωγή μετάλλων όπως το κοβάλτιο, το λίθιο, το νικέλιο και το μαγγάνιο, είναι απαραίτητα ισχυρά και ισχυρά συστήματα υπερήχων. Hielscher Υπέρηχοι βιομηχανικές μονάδες όπως το UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), UIP10000 (10kW), και UIP16000 (16kW) είναι τα πιο ισχυρά και ισχυρά συστήματα υπερήχων υψηλής απόδοσης στην αγορά. Όλες οι βιομηχανικές μας μονάδες μπορούν να λειτουργούν συνεχώς με πολύ υψηλά πλάτη έως 200μm σε 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία. Για ακόμη υψηλότερα πλάτη, διατίθενται προσαρμοσμένα υπερηχητικά sonotrodes. Η ευρωστία του εξοπλισμού υπερήχων Hielscher επιτρέπει 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία σε βαρέα καθήκοντα και σε απαιτητικά περιβάλλοντα. Hielscher προμηθεύει ειδικά sonotrodes και αντιδραστήρες για υψηλές θερμοκρασίες, πιέσεις και διαβρωτικά υγρά, πάρα πολύ. Αυτό καθιστά τους βιομηχανικούς υπερήχους μας πιο κατάλληλους για τεχνικές εκχύλισης μεταλλουργίας, π.χ. υδρομεταλλουργικές θεραπείες.

Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη για την κατά προσέγγιση ικανότητα επεξεργασίας των υπερήχων μας:

Μαζική ΌγκοςΡυθμός ροήςΠροτεινόμενες συσκευές
0.1 έως 20 λίτρα0.2 έως 4 λίτρα / λεπτόUIP2000hdT
10 έως 100L2 έως 10 λίτρα / λεπτόUIP4000hdT
20 έως 200L4 έως 20L / λεπτόUIP6000hdT
μ.δ.10 έως 100 λίτρα / λεπτόUIP16000
μ.δ.μεγαλύτεροςσύμπλεγμα UIP16000

Επικοινωνήστε μαζί μας! / Ρωτήστε μας!

Χρησιμοποιήστε την παρακάτω φόρμα, εάν επιθυμείτε να ζητήσετε πρόσθετες πληροφορίες σχετικά με την ομοιογενοποίηση με υπερήχους. Θα χαρούμε να σας προσφέρουμε ένα υπερηχητικό σύστημα που θα ικανοποιεί τις απαιτήσεις σας.









Παρακαλείστε να σημειώσετε ότι η Πολιτική Απορρήτου.




Γεγονότα που αξίζει να γνωρίζουμε

Μπαταρίες ιόντων λιθίου

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου (LIB) αποτελούν το συλλογικό προϊόν για επαναφορτιζόμενες μπαταρίες που προσφέρουν υψηλή ενεργειακή πυκνότητα και συχνά ενσωματώνονται σε καταναλωτικά ηλεκτρονικά όπως ηλεκτρονικά αυτοκίνητα, υβριδικά αυτοκίνητα, φορητοί υπολογιστές, κινητά τηλέφωνα, iPods κλπ. Σε σύγκριση με άλλες παραλλαγές επαναφορτιζόμενων μπαταριών με παρόμοιο μέγεθος και χωρητικότητα, τα LIBs είναι σημαντικά ελαφρύτερα.
Σε αντίθεση με την πρωτεύουσα μπαταρία λιθίου μίας χρήσης, το LIB χρησιμοποιεί ως ηλεκτρόδιο το σύμπλοκο λιθίου αντί για το μεταλλικό λίθιο. Τα κυριότερα συστατικά μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου είναι τα ηλεκτρόδια – ανόδου και καθόδου – και τον ηλεκτρολύτη.
Τα περισσότερα κύτταρα μοιράζονται κοινά συστατικά όσον αφορά τον ηλεκτρολύτη, τον διαχωριστή, τα φύλλα και το περίβλημα. Η κύρια διαφορά μεταξύ τεχνολογιών κυττάρων είναι το υλικό που χρησιμοποιείται ως “ενεργά υλικά” όπως η κάθοδος και η άνοδος. Ο γραφίτης είναι το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο υλικό ως άνοδος, ενώ η κάθοδος είναι κατασκευασμένη από πολυστρωματικό LiMO2 (M = Mn, Co, και Ni), spinel LiMn2ο4, ή ολιβίνη LiFePO4. Οι ηλεκτρολύτες οργανικών υγρών ηλεκτρολυτών (π.χ. άλας LiPF6 διαλυμένο σε μίγμα οργανικών διαλυτών, όπως ανθρακικό αιθυλένιο (EC), ανθρακικό διμεθύλιο (DMC), ανθρακικό διαιθύλιο (DEC), ανθρακικός μεθυλεστέρας αιθυλίου (EMC) κ.λπ. ιονική κίνηση.
Ανάλογα με τα θετικά (καθόδου) και τα αρνητικά (ανόδους) ηλεκτρόδια, η πυκνότητα και η τάση ενέργειας των LIB κυμαίνονται αντίστοιχα.
Όταν χρησιμοποιείται σε ηλεκτρικά οχήματα, χρησιμοποιείται συχνά μπαταρία ηλεκτρικών οχημάτων (EVB) ή μπαταρία έλξης. Τέτοιες μπαταρίες έλξης χρησιμοποιούνται σε περονοφόρα οχήματα, ηλεκτρικά καροτσάκια γκολφ, πλυντήρια δαπέδων, ηλεκτρικές μοτοσυκλέτες, ηλεκτρικά αυτοκίνητα, φορτηγά, φορτηγά και άλλα ηλεκτρικά οχήματα.

Ανακύκλωση μετάλλων από χρησιμοποιημένες μπαταρίες ιόντων λιθίου

Σε σύγκριση με άλλους τύπους μπαταριών που περιέχουν συχνά μόλυβδο ή κάδμιο, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου περιέχουν λιγότερο τοξικά μέταλλα και ως εκ τούτου θεωρούνται φιλικές προς το περιβάλλον. Ωστόσο, το τεράστιο ποσό των εξαντλημένων μπαταριών ιόντων λιθίου, οι οποίες θα πρέπει να διατεθούν ως χρησιμοποιημένες ηλεκτρικές στήλες από ηλεκτρικά αυτοκίνητα, παρουσιάζουν πρόβλημα αποβλήτων. Επομένως, ένας κλειστός βρόχος ανακύκλωσης μπαταριών ιόντων λιθίου είναι απαραίτητος. Από οικονομική άποψη, μεταλλικά στοιχεία όπως ο σίδηρος, ο χαλκός, το νικέλιο, το κοβάλτιο και το λίθιο μπορούν να ανακτηθούν και να επαναχρησιμοποιηθούν στην παραγωγή νέων μπαταριών. Η ανακύκλωση θα μπορούσε επίσης να αποτρέψει μια μελλοντική έλλειψη.
Αν και οι μπαταρίες με υψηλότερα φορτία νικελίου εισέρχονται στην αγορά, δεν είναι δυνατή η παραγωγή μπαταριών χωρίς κοβάλτιο. Η υψηλότερη περιεκτικότητα σε νικέλιο έρχεται με κόστος: Με αυξημένη περιεκτικότητα σε νικέλιο, η σταθερότητα της μπαταρίας μειώνεται και συνεπώς μειώνεται η διάρκεια ζωής της και η δυνατότητα γρήγορης φόρτισης.

Αυξανόμενη ζήτηση για μπαταρίες ιόντων λιθίου. Πηγή: Deutsche Bank

Η αυξανόμενη ζήτηση για μπαταρίες ιόντων λιθίου απαιτεί αυξημένες δυνατότητες ανακύκλωσης για απορριπτόμενες μπαταρίες.

Διαδικασία ανακύκλωσης

Οι μπαταρίες ηλεκτρικών οχημάτων όπως το Tesla Roadster έχουν κατά προσέγγιση διάρκεια ζωής 10 ετών.
Η ανακύκλωση των εξαντλημένων μπαταριών ιόντων λιθίου είναι μια απαιτητική διαδικασία δεδομένου ότι εμπλέκονται υψηλής τάσης και επικίνδυνων χημικών ουσιών, οι οποίες ενέχουν κινδύνους θερμικής διαφυγής, ηλεκτροπληξίας και εκπομπής επικίνδυνων ουσιών.
Για να δημιουργηθεί μια ανακύκλωση κλειστού βρόχου, κάθε χημικός δεσμός και όλα τα στοιχεία πρέπει να χωριστούν στα μεμονωμένα κλάσματά τους. Ωστόσο, η ενέργεια που απαιτείται για μια τέτοια ανακύκλωση κλειστού βρόχου είναι πολύ δαπανηρή. Τα πιο πολύτιμα υλικά για ανάκτηση είναι τα μέταλλα όπως τα Ni, Co, Cu, Li κ.λπ. δεδομένου ότι τα ακριβά ορυχεία και οι υψηλές τιμές των μεταλλικών εξαρτημάτων καθιστούν την ανακύκλωση οικονομικά ελκυστική.
Η διαδικασία ανακύκλωσης των μπαταριών ιόντων λιθίου αρχίζει με την αποσυναρμολόγηση και την αποφόρτιση των μπαταριών. Πριν ανοίξετε τη μπαταρία, απαιτείται παθητικοποίηση για να απενεργοποιήσετε τις χημικές ουσίες της μπαταρίας. Η παθητικοποίηση μπορεί να επιτευχθεί με κρυογονική κατάψυξη ή ελεγχόμενη οξείδωση. Ανάλογα με το μέγεθος της μπαταρίας, οι μπαταρίες μπορούν να αποσυναρμολογηθούν και να αποσυναρμολογηθούν προς τα κάτω στο κελί. Μετά την αποσυναρμολόγηση και τη σύνθλιψη, τα συστατικά απομονώνονται με διάφορες μεθόδους (π.χ. διαλογή, κοσκίνισμα, χέρι, μαγνητικό, υγρό και βαλλιστικό διαχωρισμό) προκειμένου να αφαιρεθούν τα περιβλήματα των κυττάρων, το αλουμίνιο, ο χαλκός και τα πλαστικά από την σκόνη του ηλεκτροδίου. Ο διαχωρισμός των υλικών των ηλεκτροδίων είναι απαραίτητος για τις διαδικασίες που ακολουθούν, π.χ. υδρομεταλλουργική επεξεργασία.
Πυρόλυση
Για πυρολυτική επεξεργασία, οι τεμαχισμένες μπαταρίες τήκονται σε κλίβανο όπου προστίθεται ασβεστόλιθος ως παράγοντας σχηματισμού σκωρίας.

Υδροθερμικές διεργασίες
Η υδρομεταλλουργική επεξεργασία βασίζεται σε όξινες αντιδράσεις προκειμένου να καθιζάνουν τα άλατα ως μέταλλα. Τυπικές υδρομεταλλουργικές διεργασίες περιλαμβάνουν την έκπλυση, καθίζηση, ανταλλαγή ιόντων, εκχύλιση με διαλύτη και ηλεκτρόλυση υδατικών διαλυμάτων.
Το πλεονέκτημα της υδροθερμικής επεξεργασίας είναι η υψηλή απόδοση ανάκτησης + 95% των Ni και Co ως άλατα, + 90% του Li μπορεί να κατακρημνιστεί και το υπόλοιπο μπορεί να ανακτηθεί έως + 80%.

Ειδικά το κοβάλτιο αποτελεί κρίσιμο στοιχείο στις κάθοδοι των μπαταριών ιόντων λιθίου για εφαρμογές υψηλής ενέργειας και ισχύος.
Τα τρέχοντα υβριδικά αυτοκίνητα, όπως το Toyota Prius, χρησιμοποιούν μπαταρίες νικελίου-υδριδίου μετάλλου, τα οποία αποσυναρμολογούνται, εκκενώνονται και ανακυκλώνονται με τον ίδιο τρόπο όπως και οι μπαταρίες ιόντων λιθίου.

Λογοτεχνία / Αναφορές

  • Golmohammadzadeh R., Rashchi F., Vahidi E. (2017): Recovery of lithium and cobalt from spent lithium-ion batteries using organic acids: Process optimization and kinetic aspects. Waste Management 64, 2017. 244–254.
  • Shin S.-M.; Lee D.-W.; Wang J.-P. (2018): Fabrication of Nickel Nanosized Powder from LiNiO2 from Spent Lithium-Ion Battery. Metals 8, 2018.
  • Zhang Z., He W., Li G., Xia J., Hu H., Huang J. (2014): Ultrasound-assisted Hydrothermal Renovation of LiCoO2 from the Cathode of Spent Lithium-ion Batteries. 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 Oxide Material from the Cathode of Spent Lithium-Ion Batteries. ECS Electrochemistry Letters, 3 (6), 2014. A58-A61.

Η Hielscher Ultrasonics κατασκευάζει υπερηχητικές συσκευές υψηλής απόδοσης.

Ισχυρή επεξεργασία με υπερήχους από εργαστήριο και πάγκο-κορυφή στη βιομηχανική παραγωγή.

Θα χαρούμε να συζητήσουμε τη διαδικασία σας.

Ας έρθουμε σε επαφή.