سونوگرافی برای بازیافت باتری های لیتیوم یون

  • باتری های لیتیوم یون که در اتومبیل های الکتریکی استفاده می شود، در حال حاضر به بازار جرم می آیند و با آن، ظرفیت بازیافت باید توسعه یابد.
  • شستشوی التراسونیک یک روش کارآمد و سازگار با محیط زیست برای بازیابی فلزات مانند لی، Mg، Co، Ni و غیره از باتری های لیتیوم یونی است.
  • Hielscher سیستم های اولتراسونیک صنعتی برای شستشو برنامه های کاربردی قابل اعتماد و قوی هستند و می تواند به راحتی به گیاهان بازیافت موجود یکپارچه شده است.

بازیافت باتری های لیتیوم یون

باتری های لیتیوم یون به طور گسترده ای در وسایل نقلیه الکتریکی (EV) ، لپ تاپ ها و تلفن های همراه استفاده می شود. این به این معنی است که صرف باتری های لیتیوم یون یک چالش فعلی در مورد مدیریت زباله و بازیافت است. باتری ها یک راننده هزینه بزرگ برای EVs هستند و دفع آنها گران است. محیط زیست و اقتصادی جنبه های فشار برای یک حلقه بازیافت بسته از ضایعات باتری حاوی مواد با ارزش و کمک می کند تا به کاهش ردپای کربن از تولید باتری های لیتیوم یون.
بازیافت باتری های لیتیوم یون در حال رشد است تا بخش صنعت پر رونق به منظور اطمینان از در دسترس بودن در آینده از فلزات خاکی کمیاب و دیگر اجزای باتری و کاهش هزینه های زیست محیطی معدن.

درخواست اطلاعات




توجه داشته باشید ما سیاست حفظ حریم خصوصی.


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

پردازشگر اولتراسونیک 48 کیلو وات
برای درخواست های کاربردی مانند جست و خیز فلزات

بازیافت Pyrometallurgical و Hydrometallurgical در مقابل بازیافت باتری التراسونیک

در زیر، ما روش های متعارف فرایندهای پیرومتالورژی و هیدرومتالورژی را با تکنیک شستشوی اولتراسونیک در مورد مزایا و اشکالات مقایسه می کنیم.

معایب بازیافت باتری معمولی

روش های سنتی مورد استفاده برای بازیافت باتری لیتیوم یون شامل فرایندهای پیرومتالورژی و هیدرومتالورژیکال است.
 
روش های Pyromeallurgical شامل فرایندهای با درجه حرارت بالا مانند ذوب یا سوزاندن است. باتری ها در معرض گرمای شدید قرار می گیرند و باعث می شوند اجزای الی بسوزند و اجزای فلزی باقی مانده ذوب و جدا شوند. با این حال، این روش ها معایبی دارند:

  • اثرات زیست محیطی: فرایندهای Pyrometallurgical انتشار گازهای مضر و الاینده ها را به جو ازاد می کنند، به الودگی هوا کمک می کنند و به طور بالقوه باعث خطرات بهداشتی می شوند.
  • از دست دادن مواد: فرایندهای دمای بالا می تواند منجر به از دست دادن مواد و فلزات ارزشمند به دلیل تخریب حرارتی شود و میزان بازیابی کلی را کاهش دهد.
  • انرژی فشرده: این روش ها معمولا نیاز به ورودی انرژی قابل توجهی دارند که هزینه های عملیاتی و ردپای زیست محیطی را افزایش می دهد.

 
روش های هیدرومتالورژی شامل شستشوی شیمیایی برای حل اجزای باتری و استخراج فلزات با ارزش است. در حالی که سازگار با محیط زیست تر از روش های پیرومتالورژی است، هیدرومتالورژی دارای اشکالات خود است:

  • استفاده شیمیایی: اسیدهای قوی یا سایر مواد شیمیایی خورنده برای شستشو مورد نیاز است که نگرانی هایی را در مورد دست زدن به مواد شیمیایی، مدیریت زباله و الودگی بالقوه محیط زیست ایجاد می کند.
  • چالش های انتخابی: دستیابی به شستشوی انتخابی فلزات مورد نظر می تواند دشوار باشد و منجر به کاهش میزان بازیابی و از دست دادن منابع ارزشمند شود.

 

مزایای استفاده از شستشوی باتری التراسونیک بیش از تکنیک های متعارف

هنگامی که در مقایسه با هر دو، تکنیک های بازیافت pyrometallurgical و هیدرومتالورژی، تکنیک بازیافت باتری مافوق صوت outcompetes به دلیل مزایای مختلف:

  1. افزایش بهره وری: فراصوت التراسونیک می تواند تجزیه مواد باتری را تسریع کند و در نتیجه زمان پردازش کوتاه تر و بهره وری کلی بالاتر باشد.
  2. بهبود نرخ بازیابی: استفاده کنترل شده از کاویتاسیون اولتراسونیک باعث افزایش تجزیه اجزای باتری می شود و میزان بازیابی فلزات ارزشمند را افزایش می دهد.
  3. سازگار با محیط زیست: بازیافت التراسونیک وابستگی به درجه حرارت بالا و مواد شیمیایی خشن را کاهش می دهد، به حداقل رساندن اثرات زیست محیطی و کاهش انتشار الاینده ها.
  4. شستشوی انتخابی: استفاده کنترل شده از سونوگرافی اجازه می دهد تا برای اختلال هدفمند از اجزای خاص در باتری، جدا کردن انها موثر است. از انجا که ترکیبات مختلف باتری قابل بازیافت حذف می شوند و تحت شدت های خاص اولتراسونیک حل می شوند، پارامترهای پردازش بهینه سازی شده برای شستشوی انتخابی مواد فردی اجازه می دهد. این امر جداسازی کارامد فلزات و مواد ارزشمند را تسهیل می کند.
  5. کاهش مصرف انرژی: در مقایسه با هر دو، هیدرومتالورژی و به ویژه به روش های پیرومتالورژی، بازیافت اولتراسونیک به طور کلی انرژی کارامد تر است، که منجر به کاهش هزینه های عملیاتی و کاهش ردپای کربن می شود.
  6. مقیاس پذیری و انعطاف پذیری: سیستم های التراسونیک را می توان به راحتی کوچک بالا یا پایین به جای اندازه های مختلف باتری و ظرفیت تولید. علاوه بر این، ultrasonicators برای بازیافت باتری را می توان به راحتی به امکانات بازیافت باتری در حال حاضر موجود یکپارچه شده است. به راحتی در مقیاس های مختلف قدرت و لوازم جانبی تطبیق مانند پروب اولتراسونیک و راکتور سلول جریان در دسترس، ultrasonicators می تواند اجزای باتری اندازه های مختلف و ظرفیت تولید رسیدگی، ارائه مقیاس پذیری و سازگاری در فرایندهای بازیافت.
  7. ادغام هم افزایی: شستشوی التراسونیک را می توان به خطوط بازیافت باتری هیدرومتالورژی موجود به منظور تشدید و بهبود شستشوی هیدرومتالورژی فلزات و مواد با ارزش از باتری های لیتیوم یون صرف یکپارچه شده است.

به طور کلی، بازیافت باتری اولتراسونیک نشان می دهد وعده به عنوان یک روش سازگار با محیط زیست، کارامد و انتخابی در مقایسه با روش های سنتی pyrometallurgical و هیدرومتالورژی.

 

قدرتمند کاویتاسیون التراسونیک در Hielscher Cascatrode

قدرتمند کاویتاسیون التراسونیک در Hielscher Cascatrode

 

درخواست اطلاعات




توجه داشته باشید ما سیاست حفظ حریم خصوصی.


شستشوی التراسونیک صنعتی برای بازیابی فلز از باتری های صرف شده

شستشوی التراسونیک و استخراج فلز را می توان به فرایندهای بازیافت باتری های اکسید کبالت لیتیوم (به عنوان مثال از لپ تاپ ها، گوشی های هوشمند و غیره) و همچنین باتری های لیتیوم نیکل-منگنز کبالت (از جمله خودروهای الکتریکی) اعمال کرد.
راکتور اولتراسونیک چند پروب صنعتی برای بازیابی فلز از باتری های لیتیوم یون صرف شده است. شستشوی Ultarsonic بازده بازیابی بالا از لیتیوم، کبالت، مس، الومینیوم و نیکل را می دهد.سونوگرافی با قدرت بالا به علت توانایی آن برای پردازش مایعات و مواد شیمیایی شیمیایی به منظور بهبود انتقال جرم و شروع واکنش شیمیایی شناخته شده است.
اثرات شدید اولتراسونیک قدرت بر اساس پدیده حفره آکوستیک است. با اتصال اولتراسوند قدرت بالا به مایعات / دوغاب، موجهای متناوب فشار کم و فشار بالا در مایعات، حباب های خلاء کوچک تولید می کنند. خازن های کوچک خلاء بر روی سیکل های فشار پایین / فشار بالا رشد می کنند تا زمانی که خسارت وارد می شود. حباب های خلاء فروپاشی می تواند به عنوان میکروسکوپ های در نظر گرفته شود که در آن درجه حرارت تا 5000K، فشار تا 1000tm و نرخ حرارت و سرمایش بیش از 10-10 اتفاق می افتد. علاوه بر این، نیروهای برشی هیدرودینامیکی قوی و جت های مایع با سرعت تا 280 متر بر ثانیه تولید می شوند. این شرایط شدید از کاویتاسیون صوتی ایجاد شرایط فیزیکی و شیمیایی فوق العاده ای در مایعات در غیر این صورت سرد و ایجاد یک محیط مفید برای واکنش های شیمیایی (به اصطلاح) آوا شیمی)

شستشوی التراسونیک در بازیافت باتری های لیتیوم یونی مصرفی. (برای بزرگنمایی کلیک کنید!)

شستشوی التراسونیک فلزات از تخلیه باتری خسته شده است.

کاویتاسیون تولید شده با سونوگرافی می تواند گرماولیز محلول ها و همچنین تشکیل رادیکال ها و واکنش های بسیار واکنشی مانند رادیکال های آزاد، یون های هیدروکسید (OH،) هیدرونیوم (H3O +) و غیره، که شرایط واکنشی فوق العاده ای را در مایع فراهم می کند به طوری که سرعت واکنش به طور قابل توجهی افزایش می یابد. جامدات مانند ذرات توسط جت های مایع شتاب می شوند و از طریق برخورد بین فضایی و ساییدگی افزایش می یابند و سطح انتقال فعال را افزایش می دهند.
مزیت بزرگ از شستشوی اولتراسونیک و بازیابی فلز کنترل دقیقی بر پارامترهای فرایند مانند دامنه، فشار و دما می باشد. این پارامترها می توانند شرایط واکنش را دقیقا به محیط پردازش و خروجی هدفمند تنظیم کنند. علاوه بر این، شستشوی اولتراسونیک، حتی کوچکترین ذرات فلزی را از بستر حذف می کند، در حالی که حفظ ریزساختارها. بهبود بازیابی فلز به علت ایجاد فراصوت سطوح بسیار واکنشی، افزایش سرعت واکنش و بهبود حمل و نقل جمعی است. فرایندهای خنثی سازی می توانند با تأثیر هر یک از پارامترها بهینه سازی شوند و بنابراین نه تنها بسیار موثر هستند، بلکه بسیار کارآمد هستند.
کنترل دقیق پارامترهای آن و بهره وری انرژی موجب شستشوی التراسونیک از تکنیک مطلوب و عالی می شود – به ویژه هنگامی که در مقایسه با اسید شستشوی پیچیده و تکنیک های شل شدن است.

بازیابی التراسونیک LiCoOH2S از باتری های لیتیوم یون مصرفی

Ultrasonication کمک به شستشوی معدنی و رسوب شیمیایی است که برای بازیابی لی به عنوان لی استفاده می شودH2Sشرکت3 و Co به عنوان Co (OH)H2S از اتلاف باتری های لیتیوم یون.
ژانگ و همکاران (2014) بهبود قابل ملاحظه ای از LiCoO را گزارش می کندH2S با استفاده از راکتور اولتراسونیک. به منظور آماده سازی راه حل شروع از 600mL، آنها 10g غیر مجاز LiCoO قرار داده استH2S پودر در یک لیوان و افزودن 2،0 میلی مول / لیتر از محلول لیوون که مخلوط شده بودند.
مخلوط به اشعه ماوراء بنفش ریخته شد و دستگاه همزن شروع شد، دستگاه تکان دهنده در داخل ظرف واکنش قرار داده شد. آن را به 120 درجه سانتیگراد گرم کرد، و سپس دستگاه التراسونیک به 800 وات تنظیم شده بود و حالت اولتراسونیک عمل به چرخه های شارژ پالس 5 ثانیه تنظیم شد. ON / 2 ثانیه خاموش اشعه ماوراء بنفش برای 6 ساعت اعمال شد و سپس مخلوط واکنش به دمای اتاق خنک شد. باقی مانده جامد چند بار با آب دیونیزه شده شسته شد و در دمای 80 درجه سانتی گراد تا وزن ثابت خشک شد. نمونه بردار برای آزمایش های بعدی و تولید باتری جمع آوری شد. ظرفیت شارژ در چرخه اول 134.2mAh / g و ظرفیت تخلیه 133.5mAh / g است. راندمان شارژ و تخلیه برای بار اول 99.5٪ بود. پس از 40 سیکل، ظرفیت تخلیه نیز 132.9mAh / g است. (ژانگ و همکاران 2014)
 

Ultrasonication Proby-type شستشو و بازیابی فلزات گرانبها و مواد را از باتری های لیتیوم یون صرف می کند. Hielscher فرا صوت منابع ultrasonicators کلید در دست اماده برای نصب و راه اندازی به کارخانه بازیافت باتری برای بهبود بازیافت بازده.

کریستال های LiCoO2 قبل از (الف) و بعد از (ب) درمان اولتراسوند در 120 درجه سانتیگراد برای 6 ساعت استفاده می شود.
مطالعه و تصاویر: ©ژانگ و همکاران. 2014

 
شستشوی التراسونیک با اسیدهای الی مانند اسید سیتریک نه تنها موثر بلکه سازگار با محیط زیست است. تحقیقات نشان داد که شستشوی Co و Li با اسید سیتریک کارامدتر از اسیدهای معدنی H2SO4 و HCl است. بیش از 96 درصد Co و نزدیک به 100 درصد Li از باتری های لیتیوم یون مصرف شده بازیابی شدند. این واقعیت که اسیدهای الی مانند اسید سیتریک و اسید استیک ارزان و زیست تخریب پذیر هستند، به مزایای اقتصادی و زیست محیطی بیشتر فراصوت کمک می کند.

فرا صوت صنعتی با قدرت بالا برای شستشوی فلز از باتری های صرف شده

UIP4000hdT - Hielscher's 4kW high-performance ultrasonic system Hielscher فرا صوت تامین کننده طولانی با تجربه خود را برای سیستم های اولتراسونیک بسیار کارامد و قابل اعتماد، که ارائه قدرت مورد نیاز برای شستشو فلزات از مواد زائد است. به منظور پردازش مجدد باتری های لیتیوم یون با استخراج فلزات مانند کبالت، لیتیوم، نیکل و منگنز، سیستم های اولتراسونیک قدرتمند و قوی ضروری است. واحدهای صنعتی Hielscher فرا صوت مانند UIP4000hdT (4kW)، UIP6000hdT (6kW)، UIP10000 (10kW) و UIP16000 (16kW) قدرتمندترین و قوی ترین سیستم های سونوگرافی با کارایی بالا در بازار هستند. تمام واحدهای صنعتی ما می تواند به طور مداوم با دامنه بسیار بالا تا 200μm در عملیات 24/7 اجرا شود. برای دامنه حتی بالاتر، sonotrodes اولتراسونیک سفارشی در دسترس هستند. استحکام تجهیزات اولتراسونیک Hielscher اجازه می دهد تا برای 24/7 عملیات در وظیفه سنگین و در محیط های خواستار. Hielscher تامین sonotrodes خاص و راکتور برای درجه حرارت بالا، فشار و مایعات خورنده، بیش از حد. این باعث می شود ultrasonicators صنعتی ما مناسب ترین برای تکنیک های متالورژی استخراجی، به عنوان مثال درمان هیدرومتالورژی.

جدول زیر به شما می دهد که نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی ultrasonicators ما:

دسته ای دورهنرخ جریاندستگاه های توصیه شده
00.1 به 20L00.2 به 4L / دقیقهUIP2000hdT
10 تا 100L2 تا 10L / دقیقهUIP4000hdT
20 تا 200 لیتر4 تا 20 لیتر در دقیقهUIP6000hdT
خب10 تا 100L / min وUIP16000
خببزرگترخوشه UIP16000

تماس با ما! / از ما بپرسید!

لطفاجهت کسب اطلاعات بیشتراز فرم زیر استفاده کنید .









لطفا توجه داشته باشید ما سیاست حفظ حریم خصوصی.




آمار ارزشمند دانستن

باتری لیتیوم یون

باتری لیتیوم یون (LIB) ترمینال جمعی برای باتری های قابل شارژ است که دارای تراکم انرژی بالا هستند و اغلب در الکترونیک مصرفی مانند اتومبیل های الکترونیکی، اتومبیل های هیبریدی، لپ تاپ ها، تلفن های همراه، آی پاد و غیره به کار می روند. در مقایسه با انواع دیگر باتری های قابل شارژ با اندازه و ظرفیت مشابه، LIB ها به مراتب سبک تر هستند.
بر خلاف باتری اولیه لیتیوم یکبار مصرف، LIB از ترکیب لیتیوم متصل شده به جای لیتیوم فلزی به عنوان الکترود استفاده می کند. اجزای اصلی یک باتری لیتیوم یون، الکترودهای آن است – آند و کاتد – و الکترولیت
اکثر سلول ها از لحاظ الکترولیت، جداساز، فویل و پوشش، اجزاء مشترک دارند. تفاوت عمده بین فن آوری های سلولی مواد استفاده شده به عنوان “مواد فعال” مانند کاتد و آند. گرافیت ماده ای است که اغلب استفاده می شود به عنوان آند، در حالی که کاتد از لیمو لایه ای (M = Mn، Co و Ni)، اسپینل LiMnH2Sاميد4، یا Olivine LiFePO4. الکترولیتهای مایع الکترولیتی آلی (به عنوان مثال، نمک LiPF6 در مخلوطی از حلالهای آلی مانند کربنات اتیلن (EC)، دی متیل کربنات (DMC)، دی اتيل کربنات (DEC)، اتیل متیل کربنات (EMC)، و غیره) جنبش یونی
با توجه به مواد الکترود مثبت (کاتد) و منفی (آند)، چگالی انرژی و ولتاژ LIB به ترتیب متفاوت است.
هنگامی که در وسایل نقلیه الکتریکی استفاده می شود، معمولا باتری الکتریکی (EVB) یا باتری کششی مورد استفاده قرار می گیرد. چنین باتری های کششی در لیفتراک، چرخ دستی های گلف، اسکرابر طبقه، موتورسیکلت های الکتریکی، اتومبیل های الکتریکی، کامیون ها، کامیون ها و دیگر وسایل الکتریکی استفاده می شود.

بازیافت فلز از باتری های باتری لیتیوم یونی

باتری های لیتیوم یون دارای مقادیر کمتری نسبت به سایر انواع باتری هایی هستند که اغلب حاوی سرب یا کادمیم هستند و بنابراین به عنوان محیط زیست مورد توجه قرار می گیرند. با این حال، مقدار زیادی از باتری های لیتیوم مصرفی که باید به عنوان باتری های منتقل شده از اتومبیل های الکتریکی دفع شود، یک مشکل زباله را نشان می دهد. بنابراین، یک حلقه بازیافت بسته باطری های لیتیوم یونی ضروری است. از لحاظ اقتصادی، عناصر فلزی مانند آهن، مس، نیکل، کبالت و لیتیوم می توانند در تولید باتری های جدید مورد استفاده قرار گیرند. بازیافت همچنین می تواند از کمبود آینده جلوگیری کند.
با این که باتری های دارای بارهای نیکل بالاتر وارد بازار می شوند، تولید بدون باطری کبالت امکان پذیر نیست. محتوای نیکل بالاتری با هزینه ای برخوردار است: با افزایش محتوای نیکل، پایداری باتری کاهش می یابد و در نتیجه باعث کاهش طول عمر آن و قابلیت شارژ سریع می شود.

افزایش تقاضا برای باتری های لیتیوم یون. منبع: Deutsche Bank

افزایش تقاضا برای باتری های لیتیوم، نیاز به افزایش ظرفیت بازیافت برای باتری های باتری را دارد.

فرایند بازیافت

باتری های وسایل نقلیه الکتریکی مانند Tesla Roadster عمر تقریبی 10 سال دارند.
بازیافت باتری های خالی باتری لیتیوم یک فرآیند سختگیرانه است زیرا از مواد شیمیایی خطرناک و ولتاژ بالا برخوردار است که با خطر فرار از حرارتی، شوک الکتریکی و انتشار مواد خطرناک همراه است.
برای ایجاد یک بازیافت حلقه بسته، هر پیوند شیمیایی و تمام عناصر باید به بخش های فردی خود تقسیم شوند. با این حال، انرژی مورد نیاز برای بازیافت چرخه بسته بسیار گران است. با ارزش ترین مواد برای بازیابی فلزات مانند نیکل، کو، کروم، لی و غیره است. از آنجا که معدن گران قیمت و قیمت های بالای قطعات فلزات، بازیافت از لحاظ اقتصادی جذاب است.
فرآیند بازیافت باتری های لیتیوم یون با تخلیه و تخلیه باتری شروع می شود. قبل از باز کردن باتری، برای غیرفعال کردن مواد شیمیایی موجود در باتری، نیاز به انفجار است. Passivation می تواند توسط انجماد فریزر یا اکسیداسیون کنترل شود. بسته به اندازه باتری، باتری ها می توانند برداشته شوند و به سلول جدا شوند. پس از تخریب و خرد کردن، اجزای با روش های مختلف (از قبیل غربالگری، غربالگری، برداشت دست، جداسازی مغناطیسی، مرطوب و بالستیک)، به منظور حذف روده سلولی، آلومینیوم، مس و پلاستیک از پودر الکترود، جدا می شوند. جداسازی مواد الکترود برای فرآیندهای پایین دست، مانند درمان هیدرومتالورژی ضروری است.
پیرولیز
برای پردازش پیرولیتی، باتری های شسته شده در یک کوره که سنگ آهک به عنوان یک عامل تشکیل دهنده سرباره اضافه شده ذوب می شود.

فرایندهای هیدروترمال
پردازش هیدرومتالورژیک براساس واکنش اسیدی است تا رسوبات را به عنوان فلزات رسوب دهد. فرایندهای هیدرومتالورژی معمولی شامل شستشو، بارش، تبادل یونی، استخراج حلال و الکترولیز محلول های آبی است.
مزایای استفاده از پردازش هیدروترمال، بازده بالا بهبود 95٪ Ni و Co به عنوان نمک، 90٪ لیتیون می تواند رسوب شود و بقیه تا 80٪ بهبود یابد.

به خصوص کبالت جزء مهمی در کاتد باتری لیتیوم یون برای کاربردهای انرژی و انرژی بالا است.
اتومبیل های فعلی هیبریدی مانند تویوتای پریوس، از باتری های هیدرید فلزی نیکل استفاده می کنند که تخریب، تخلیه و بازیافت با باتری های لیتیوم یون مشابه می باشند.

ادبیات / منابع

  • 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.

Hielscher Ultrasonics تولید ultrasonicators با کارایی بالا.

دستگاه های صوتی قدرتمند از آزمایشگاه و نیمکت به تولید صنعتی.

خوشحال خواهیم شد که در مورد روند شما بحث کنیم.

بيا باهاش تماس بگيرم