Υπερήχων για την ανακύκλωση μπαταριών ιόντων λιθίου
- Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου που χρησιμοποιούνται στα ηλεκτρικά αυτοκίνητα μόλις τώρα έρχονται στη μαζική αγορά και μαζί με αυτό, πρέπει να αναπτυχθούν ικανότητες ανακύκλωσης.
- Η υπερηχητική έκπλυση είναι μια αποτελεσματική, φιλική προς το περιβάλλον τεχνική για την ανάκτηση μετάλλων όπως Li, Mg, Co, Ni κ.λπ. από 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 σε ηλεκτρικά οχήματα (EV), φορητούς υπολογιστές και κινητά τηλέφωνα. Αυτό σημαίνει ότι οι χρησιμοποιημένες μπαταρίες ιόντων λιθίου αποτελούν τρέχουσα πρόκληση όσον αφορά τη διαχείριση και την ανακύκλωση αποβλήτων. Οι μπαταρίες αποτελούν σημαντικό παράγοντα κόστους για τα ηλεκτρικά οχήματα και η απόρριψή τους είναι επίσης δαπανηρή. Οι περιβαλλοντικές και οικονομικές πτυχές ωθούν σε έναν κλειστό βρόχο ανακύκλωσης, καθώς τα απόβλητα μπαταριών περιέχουν πολύτιμα υλικά και συμβάλλουν στη μείωση του αποτυπώματος άνθρακα της κατασκευής μπαταριών ιόντων λιθίου.
Η ανακύκλωση μπαταριών ιόντων λιθίου αναπτύσσεται σε έναν ακμάζοντα βιομηχανικό τομέα, προκειμένου να διασφαλιστεί η μελλοντική διαθεσιμότητα μετάλλων σπάνιων γαιών και άλλων εξαρτημάτων μπαταριών και να μειωθεί το περιβαλλοντικό κόστος της εξόρυξης.
48kW υπερήχων επεξεργαστή
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 ενδεχομένως προκαλώντας 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:
- Βελτιωμένη απόδοση: Υπερήχων κατεργασία με υπερήχους μπορεί να επιταχύνει τη διάσπαση των υλικών της μπαταρίας, με αποτέλεσμα μικρότερους χρόνους επεξεργασίας και υψηλότερη συνολική απόδοση.
- Βελτιωμένα ποσοστά ανάκτησης: Η ελεγχόμενη εφαρμογή υπερηχητικής σπηλαίωσης ενισχύει τη διάσπαση των εξαρτημάτων της μπαταρίας, αυξάνοντας τα ποσοστά ανάκτησης πολύτιμων μετάλλων.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
Ισχυρή υπερηχητική σπηλαίωση στο Hielscher Cascatrode
Βιομηχανική υπερηχητική έκπλυση για την ανάκτηση μετάλλων από τις χρησιμοποιημένες μπαταρίες
Η έκπλυση με υπερήχους και η εκχύλιση μετάλλων μπορούν να εφαρμοστούν σε διαδικασίες ανακύκλωσης μπαταριών οξειδίου του κοβαλτίου λιθίου (π.χ. από φορητούς υπολογιστές, smartphones κ.λπ.) καθώς και σύνθετων μπαταριών λιθίου-νικελίου-μαγγανίου-κοβαλτίου (π.χ. από ηλεκτρικά οχήματα).
Ο υπέρηχος υψηλής ισχύος είναι γνωστός για την ικανότητά του να επεξεργάζεται χημικά υγρά και πολτούς προκειμένου να βελτιώσει τη μεταφορά μάζας και να ξεκινήσει χημικές αντιδράσεις.
Οι έντονες επιδράσεις της ισχύος υπερήχων βασίζονται στο φαινόμενο της ακουστικής σπηλαίωσης. Με τη σύζευξη υπερήχων υψηλής ισχύος σε υγρά? πολτούς, τα εναλλασσόμενα κύματα χαμηλής πίεσης και υψηλής πίεσης σε υγρά δημιουργούν μικρές φυσαλίδες κενού. Τα μικρά κενά κενού αναπτύσσονται σε διάφορους κύκλους χαμηλής πίεσης? υψηλής πίεσης μέχρι να εκραγούν βίαια. Οι καταρρέουσες φυσαλίδες κενού μπορούν να θεωρηθούν μικροαντιδραστήρες στους οποίους θερμοκρασίες έως 5000K, πιέσεις έως 1000atm και ρυθμούς θέρμανσης και ψύξης άνω των 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 διαφορετικά κρύα υγρά και δημιουργούν ένα ευεργετικό περιβάλλον για χημικές αντιδράσεις (τις λεγόμενες Ηχοχημεία).
Υπερήχων έκπλυση μετάλλων από εξαντλημένα απόβλητα μπαταριών.
Το μεγάλο πλεονέκτημα της υπερηχητικής έκπλυσης και της ανάκτησης μετάλλων είναι ο ακριβής έλεγχος των παραμέτρων της διαδικασίας όπως το πλάτος, η πίεση και η θερμοκρασία. Αυτές οι παράμετροι επιτρέπουν την προσαρμογή των συνθηκών αντίδρασης ακριβώς στο μέσο διεργασίας και στη στοχοθετημένη έξοδο. Επιπλέον, η υπερηχητική έκπλυση αφαιρεί ακόμη και τα μικρότερα μεταλλικά σωματίδια από το υπόστρωμα, διατηρώντας παράλληλα τις μικροδομές. Η ενισχυμένη ανάκτηση μετάλλων οφείλεται στην υπερηχητική δημιουργία εξαιρετικά αντιδραστικών επιφανειών, αυξημένους ρυθμούς αντίδρασης και βελτιωμένη μαζική μεταφορά. Οι διαδικασίες κατεργασίας με υπερήχους μπορούν να βελτιστοποιηθούν επηρεάζοντας κάθε παράμετρο και επομένως δεν είναι μόνο πολύ αποτελεσματικές αλλά και εξαιρετικά ενεργειακά αποδοτικές.
Ο ακριβής έλεγχος παραμέτρων και η ενεργειακή απόδοση καθιστούν την υπερηχητική έκπλυση την ευνοϊκή και εξαιρετική τεχνική – ειδικά σε σύγκριση με περίπλοκες τεχνικές έκπλυσης και αποσιδήρωσης οξέος.
Υπερήχων ανάκτηση του LiCoO2 από χρησιμοποιημένες μπαταρίες ιόντων λιθίου
Υπερήχους βοηθά την αναγωγική έκπλυση και χημική κατακρήμνιση, τα οποία χρησιμοποιούνται για την ανάκτηση Li ως Li2ΣΊΑ3 και Co ως Co(OH)2 από απόβλητα μπαταριών ιόντων λιθίου.
Οι Zhang et al. (2014) αναφέρουν την επιτυχή ανάκαμψη του LiCoO2 χρησιμοποιώντας έναν αντιδραστήρα υπερήχων. προκειμένου να προετοιμάσουν το αρχικό διάλυμα των 600mL, τοποθέτησαν 10g άκυρου LiCoO2 σκόνη σε ποτήρι ζέσεως και προστέθηκαν 2,0mol? L διαλύματος LiOH, τα οποία αναμίχθηκαν.
Το μείγμα χύθηκε στην υπερηχητική ακτινοβολία και ξεκίνησε η συσκευή ανάδευσης, η συσκευή ανάδευσης τοποθετήθηκε στο εσωτερικό του δοχείου αντίδρασης. Θερμάνθηκε στους 120◦C, και στη συνέχεια το Συσκευή υπερήχων ρυθμίστηκε στα 800W και ο υπερηχητικός τρόπος δράσης ρυθμίστηκε σε παλμικούς κύκλους λειτουργίας 5 sec. ON? 2sec. OFF. Η υπερηχητική ακτινοβολία εφαρμόστηκε για 6 ώρες και στη συνέχεια το μείγμα αντίδρασης ψύχθηκε σε θερμοκρασία δωματίου. Το στερεό υπόλειμμα πλύθηκε αρκετές φορές με απιονισμένο νερό και ξηράνθηκε στους 80◦C μέχρι σταθερού βάρους. Το ληφθέν δείγμα συλλέχθηκε για μετέπειτα δοκιμές και παραγωγή μπαταριών. Η χωρητικότητα φόρτισης στον πρώτο κύκλο είναι 134.2mAh/g και η ικανότητα εκφόρτισης είναι 133.5mAh/g. Η απόδοση φόρτισης και εκφόρτισης για πρώτη φορά ήταν 99,5%. Μετά από 40 κύκλους, η ικανότητα εκφόρτισης εξακολουθεί να είναι 132.9mAh/g. (Zhang et al. 2014)
Χρησιμοποιούνται κρύσταλλοι LiCoO2 πριν (α) και μετά (β) θεραπεία με υπερήχους στους 120◦C για 6 ώρες.
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 υπερήχων.
Βιομηχανικοί υπέρηχοι υψηλής ισχύος για έκπλυση μετάλλων από χρησιμοποιημένες μπαταρίες
Hielscher Υπέρηχοι είναι ο μακροχρόνιος έμπειρος προμηθευτής σας για εξαιρετικά αποδοτικά και αξιόπιστα συστήματα υπερήχων, τα οποία παρέχουν την απαιτούμενη ισχύ για την έκπλυση μετάλλων από 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 της κατά προσέγγιση ικανότητας επεξεργασίας των υπερήχων μας:
| Όγκος παρτίδας | Ροή | Προτεινόμενες συσκευές |
|---|---|---|
| 0.1 έως 20L | 0.2 έως 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 έως 100L | 2 έως 10L? λεπτό | UIP4000hdT |
| 20 έως 200L | 4 έως 20L? λεπτό | UIP6000hdT |
| μ.δ. | 10 έως 100L? λεπτό | UIP16000 |
| μ.δ. | μεγαλύτερου | σύμπλεγμα UIP16000 |
Γεγονότα που αξίζει να γνωρίζετε
Μπαταρίες ιόντων λιθίου
Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου (LIB) είναι ο συλλογικός όρος για τις (επαναφορτιζόμενες) μπαταρίες που προσφέρουν υψηλή ενεργειακή πυκνότητα και συχνά ενσωματώνονται σε ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης, όπως ηλεκτρονικά αυτοκίνητα, υβριδικά αυτοκίνητα, φορητούς υπολογιστές, κινητά τηλέφωνα, iPod κ.λπ. Σε σύγκριση με άλλες παραλλαγές επαναφορτιζόμενων μπαταριών με παρόμοιο μέγεθος και χωρητικότητα, οι LIB είναι σημαντικά ελαφρύτερες.
Σε αντίθεση με την κύρια μπαταρία λιθίου μίας χρήσης, ένα LIB χρησιμοποιεί παρεμβαλλόμενη ένωση λιθίου αντί για μεταλλικό λίθιο ως ηλεκτρόδιο. Τα κύρια συστατικά μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου είναι τα ηλεκτρόδια της – Άνοδος και κάθοδος – και τον ηλεκτρολύτη.
Τα περισσότερα κύτταρα μοιράζονται κοινά συστατικά όσον αφορά τον ηλεκτρολύτη, τον διαχωριστή, τα φύλλα και το περίβλημα. Η κύρια διαφορά μεταξύ των τεχνολογιών κυττάρων είναι το υλικό που χρησιμοποιείται ως “Ενεργά υλικά” όπως κάθοδος και άνοδος. Ο γραφίτης είναι το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο υλικό ως άνοδος, ενώ η κάθοδος είναι κατασκευασμένη από στρώσεις LiMO2 (M = Mn, Co, και Ni), σπινέλιο LiMn2O4, ή ολιβίνη LiFePO4. Οι οργανικοί υγροί ηλεκτρολύτες ηλεκτρολυτών (π.χ. άλας LiPF6 διαλυμένοι σε μείγμα οργανικών διαλυτών, όπως ανθρακικό αιθυλένιο (EC), ανθρακικό διμεθύλιο (DMC), ανθρακικό διαιθυλεστέρα (DEC), ανθρακικό αιθυλομεθύλιο (EMC) κ.λπ.) επιτρέπει ιοντική κίνηση.
Ανάλογα με τα θετικά (κάθοδος) και αρνητικά (άνοδος) υλικά ηλεκτροδίων, η ενεργειακή πυκνότητα και η τάση των LIB ποικίλλουν αντίστοιχα.
Όταν χρησιμοποιείται σε ηλεκτρικά οχήματα, συχνά χρησιμοποιείται μπαταρία ηλεκτρικού οχήματος (EVB) ή μπαταρία έλξης. Τέτοιες μπαταρίες έλξης χρησιμοποιούνται σε περονοφόρα ανυψωτικά μηχανήματα, ηλεκτρικά καροτσάκια γκολφ, πλυντρίδες δαπέδου, ηλεκτρικές μοτοσικλέτες, ηλεκτρικά αυτοκίνητα, φορτηγά, φορτηγά και άλλα ηλεκτρικά οχήματα.
Ανακύκλωση μετάλλων από χρησιμοποιημένες μπαταρίες ιόντων λιθίου
Σε σύγκριση με άλλους τύπους μπαταριών που συχνά περιέχουν μόλυβδο ή κάδμιο, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου περιέχουν λιγότερο τοξικά μέταλλα και επομένως θεωρούνται φιλικές προς το περιβάλλον. Ωστόσο, η τεράστια ποσότητα χρησιμοποιημένων μπαταριών ιόντων λιθίου, οι οποίες θα πρέπει να απορριφθούν ως χρησιμοποιημένες μπαταρίες από ηλεκτρικά αυτοκίνητα, παρουσιάζουν πρόβλημα αποβλήτων. Επομένως, είναι απαραίτητος ένας κλειστός βρόχος ανακύκλωσης μπαταριών ιόντων λιθίου. 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.
Παρόλο που οι μπαταρίες με υψηλότερα φορτία νικελίου εισέρχονται στην αγορά, δεν είναι δυνατή η παραγωγή μπαταριών χωρίς κοβάλτιο. Η υψηλότερη περιεκτικότητα σε νικέλιο έχει κόστος: Με αυξημένη περιεκτικότητα σε νικέλιο, μειώνεται η σταθερότητα της μπαταρίας και έτσι μειώνεται η διάρκεια ζωής της και η δυνατότητα γρήγορης φόρτισης.
Η αυξανόμενη ζήτηση για μπαταρίες ιόντων λιθίου απαιτεί αύξηση των δυνατοτήτων ανακύκλωσης για τα απόβλητα μπαταριών.
Διαδικασία ανακύκλωσης
Οι μπαταρίες ηλεκτρικών οχημάτων όπως το Tesla Roadster έχουν διάρκεια ζωής περίπου 10 ετών.
Η ανακύκλωση των εξαντλημένων μπαταριών ιόντων λιθίου είναι μια απαιτητική διαδικασία, καθώς εμπλέκονται υψηλής τάσης και επικίνδυνες χημικές ουσίες, οι οποίες συνοδεύονται από κινδύνους θερμικής διαφυγής, ηλεκτροπληξίας και εκπομπής επικίνδυνων ουσιών.
Προκειμένου να δημιουργηθεί μια ανακύκλωση κλειστού βρόχου, κάθε χημικός δεσμός και όλα τα στοιχεία πρέπει να διαχωριστούν στα μεμονωμένα κλάσματά τους. Ωστόσο, η ενέργεια που απαιτείται για μια τέτοια ανακύκλωση κλειστού βρόχου είναι πολύ ακριβή. Τα πιο πολύτιμα υλικά για ανάκτηση είναι μέταλλα όπως Ni, Co, Cu, Li, κ.λπ., δεδομένου ότι η ακριβή εξόρυξη και οι υψηλές τιμές αγοράς των μεταλλικών εξαρτημάτων καθιστούν την ανακύκλωση οικονομικά ελκυστική.
Η διαδικασία ανακύκλωσης των μπαταριών ιόντων λιθίου ξεκινά με την αποσυναρμολόγηση και την αποφόρτιση των μπαταριών. Πριν ανοίξετε την μπαταρία, απαιτείται παθητικοποίηση για την απενεργοποίηση των χημικών ουσιών στην μπαταρία. 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 μέχρι το κελί. Μετά την αποσυναρμολόγηση και τη σύνθλιψη, τα συστατικά απομονώνονται με διάφορες μεθόδους (π.χ. κοσκίνιση, κοσκίνισμα, συλλογή με το χέρι, μαγνητικός, υγρός και βαλλιστικός διαχωρισμός) προκειμένου να αφαιρεθούν τα περιβλήματα κυψελών, το αλουμίνιο, ο χαλκός και τα πλαστικά από τη σκόνη ηλεκτροδίου. Ο διαχωρισμός των υλικών των ηλεκτροδίων είναι απαραίτητος για τις κατάντη διεργασίες, 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 καταβυθιστούν τα άλατα ως μέταλλα. Οι τυπικές υδρομεταλλουργικές διεργασίες περιλαμβάνουν 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 και +80%.
Ειδικά το κοβάλτιο είναι ένα κρίσιμο συστατικό στις καθόδους μπαταριών ιόντων λιθίου για εφαρμογές υψηλής ενέργειας και ισχύος.
Τα σημερινά υβριδικά αυτοκίνητα, όπως το Toyota Prius, χρησιμοποιούν μπαταρίες νικελίου υδριδίου μετάλλου, οι οποίες αποσυναρμολογούνται, αποφορτίζονται και ανακυκλώνονται με παρόμοιο τρόπο όπως οι μπαταρίες ιόντων λιθίου.
Βιβλιογραφία/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.
Ισχυρή υπερήχηση από εργαστήριο και πάγκο-top στη βιομηχανική παραγωγή.