Ultraääni tehostaa litiumioniakkujen kierrätystä

Litium on niukka ja erittäin arvokas materiaali, jota on suuritehoisissa akuissa, kuten litiumioniakuissa. Litium on arvokkain litiumioniakkujen kierrätyksessä talteen otettava materiaali, mutta myös muut mineraalit ja metallit, kuten koboltti, mangaani, nikkeli, kupari ja alumiini, ovat arvokkaita talteen otettavia metalleja. Voimakasta ultraäänikäsittelyä käytetään suuria leikkausvoimia tuottavana sekoitus- ja liuotusuuttomenetelmänä arvokkaiden mineraalien ja metallien uuttamiseen, poistamiseen ja liuottamiseen käytetyistä akuista. Ultraäänikäsittelymenetelmä on erittäin tehokas ja energiatehokas, ja se on helposti saatavilla asennettavaksi täydessä kaupallisessa mittakaavassa toimiviin kierrätyslaitoksiin.

Yleiskatsaus: litiumioniakkujen kierrätysprosessi

Jalometallien ja materiaalien kierrätysprosessi käytetyistä litiumioniakuista sisältää tavallisesti useita vaiheita. Tässä on yleiskatsaus:

1. Keräys ja lajittelu: Käytetyt litiumioniakut kerätään ja lajitellaan niiden tyyppien ja kemiallisten koostumusten perusteella.
2. Purkaminen: Ensin akun muovikuori rikotaan ja poistetaan. Sen jälkeen paljas akku asetetaan nestemäiseen typpeen reaktiivisten, räjähtävien aineiden neutraloimiseksi. Tämä vaihe varmistaa, että kaiken varastoituneen energian äkillinen vapautuminen ja siihen liittyvä myöhempi syttyminen ja räjähdys estetään. Sitten akut puretaan eri osien, kuten katodin, anodin, elektrolyytin ja kotelon, erottamiseksi.
3. Silppuaminen: Puretut akut silputaan pienemmiksi kappaleiksi pinta-alan kasvattamiseksi myöhempiä prosesseja varten.
4. Elektrodien kerrosten erottaminen: Ennen metallien uuttokäsittelyä erotetut elektrodit eli katodi ja anodi on purettava edelleen. Koska katodimateriaali on yleensä kiinnitetty alumiinifolioon sideaineella, tavallisesti polyvinylideenifluoridilla (PVDF) tai polytetrafluorieteenillä (PTFE), katodin ja alumiinifolion irrottaminen toisistaan on vaikeaa.
5. Kemiallinen käsittely: Silputuille akkukomponenteille tehdään erilaisia kemiallisia käsittelyjä eri materiaalien liuottamiseksi ja erottamiseksi. Tähän voi sisältyä liuotusuutto hapolla tai muilla liuottimilla arvokkaiden metallien, kuten litiumin, koboltin, nikkelin ja kuparin, uuttamiseksi.
6. Talteenotto ja puhdistus: Liuenneet metallit otetaan sitten talteen liuoksesta esimerkiksi saostamalla, liuotinuutolla tai sähkökemiallisilla menetelmillä. Nämä vaiheet auttavat puhdistamaan ja väkevöimään jalometalleja.

Tehokkaampi jalometallien talteenotto ultraäänikäsittelyllä

Tehoultraääni voi tehostaa elektrodien kerrosten erottamista sekä jalometallien ja materiaalien liuotusuuttoa voimistamalla reaktioita ja tekemällä näin talteenottoprosessista huomattavasti tehokkaamman. Ultraäänikäsittely on tekniikka, jossa voimakkailla ultraääniaalloilla synnytetään mekaanista värähtelyä ja akustista kavitaatiota nestemäisessä väliaineessa. Ultraäänikäsittelyn voimakkaita voimia käytetään käytettyjen litiumioniakkujen jalometallien kierrätysprosessin tehostamiseen useilla tavoilla:
 

1. Hajottaminen: Ultraäänikäsittely hajottaa silputut akkumateriaalit pienemmiksi hiukkasiksi. Pienemmillä hiukkasilla on suurempi pinta-ala, mikä tehostaa kemiallista liuotusuuttoa ja auttaa vapauttamaan arvokkaita metalleja.
2. Tehokkaampi liuotusuutto: Ultraäänikäsittelyn käyttö liuotusuuttoprosesseissa voi parantaa kiinteän materiaalin ja liuotusuuttoliuoksen välistä kosketusta ja siten tehostaa metallien uuttoa. Ultraääniavusteinen liuotusuutto edistää metallien uuttoa ja lisää talteen otettavien metallien ja mineraalien, kuten koboltin, mangaanin, nikkelin, kuparin ja alumiinin, saantoa.
3. Tehokkaampi elektrodien kerrosten erottaminen: Elektrodien kerrosten erottamisen tavoitteena akkujen kierrätyksessä on erottaa eri komponentit, kuten elektrodit, elektrolyytit ja erottimet, jotta niitä voidaan jatkokäsitellä tai kierrättää erikseen. Ultraäänikäsittely auttaa irrottamaan ja poistamaan pinnoitteita elektrodista. Sonomekaaniset voimat edistävät elektrodien kerrosten tehokasta erottamista.
4. Nopeammat reaktiot: Ultraäänikäsittely edistää nopeampaa ja perusteellisempaa sekoittumista, mikä voi nopeuttaa kemiallisia reaktioita metallien talteenotto- ja puhdistusvaiheissa.
5. Pienempi energiankulutus: Ultraäänikäsittely voi tehostaa prosessia ja vähentää käytetyistä akuista tehtävään metallien talteenottoon tarvittavaa aikaa ja energiaa.

 
Ultraäänikäsittely voi auttaa parantamaan jalometallien ja materiaalien kierrätysprosessia käytetyistä litiumioniakuista lisäämällä kierrätysprosessin eri vaiheiden vaikuttavuutta ja tehokkuutta.
Ultraääniavusteisen metallien liuotusuuton ja elektrodien kerrosten erottamisen prosessivaiheet voidaan mukauttaa yksittäisiin kierrätysprosesseihin, jotka voivat vaihdella litiumioniakkujen kierrätykseen erikoistuneiden yritysten kehittäessä ja muokatessa prosessejaan parhaan mahdollisen tehokkuuden saavuttamiseksi.

Ultraäänikavitaatio katodin erottamiseen

Ultraäänikäsittely erottaa katodimateriaalit alumiinifoliosta akustisen kavitaation vaikutusten avulla. Akustiselle eli ultraäänikavitaatiolle ovat ominaisia paikallisesti esiintyvät korkeat paineet ja lämpötilat sekä niiden myöhemmät laskut, jotka aiheuttavat vastaavia paine- ja lämpötilaeroja sekä voimakasta mikroturbulenssia ja suuria leikkausvoimia tuottavia mikrosuihkuja. Nämä kavitaatiovoimat vaikuttavat pintojen rajapintoihin, edistävät aineensiirtoa ja aiheuttavat eroosiota. Synnyttämällä tällaisia voimakkaita kemiallisia, fysikaalisia, termisiä ja mekaanisia voimia ultraäänikavitaatio tuottaa tarvittavan sekoituksen ja aineensiirron litiumioniakuissa katodin virrankerääjään / alumiinifolioon kiinnittävän orgaanisen sideainerakenteen hajottamiseksi.
Vaikka pelkkä mekaaninen sekoitus ei riitä irrottamaan katodimateriaalia tehokkaasti alumiinifoliosta, voimakas ultraäänikäsittely tuottaa tarvittavan sonokemiallisen ja sonomekaanisen energian katodimateriaalin poistamiseksi kokonaan virrankerääjistä. Mekaaniseen sekoitukseen verrattuna ultraäänikavitaatio synnyttää voimakasta turbulenssia, paikallisesti korkeita lämpötiloja ja paineita sekä sekoitusta, virtauksia ja nestesuihkuja, jotka hajottavat katodin Al-folioon yhdistävän sideaineen, esimerkiksi PVDF:n tai PTFE:n, ja kuluttavat sekä katodin että Al-folion pintaa. Näin näiden kahden materiaalin välinen sideaine hajotetaan kunnolla ja katodi ja alumiinifolio erotetaan tehokkaasti toisistaan.
Esimerkiksi ultraääniavusteisella erottamisella saavutetaan korkea, 99%:n katodin poistotehokkuus käyttämällä N-metyyli-2-pyrrolidonia (NMP) liuottimena 70°C:n lämpötilassa (ultraääniteho 240 W ja ultraäänikäsittelyaika 90 min). Koska katodin ultraääniavusteinen erottaminen dispergoi materiaalin tasaisesti ja estää suurempien agglomeraattien muodostumista, myöhempi metallien liuotusuuttoprosessi helpottuu.
Lue lisää elektrodien kerrosten ultraääniavusteisesta erottamisesta aktiivimateriaalien ja virrankerääjäfolioiden talteenottoa varten!

Mineraalien ultraääniavusteinen liuotusuutto

Edellä kuvatut ultraäänikavitaation vaikutukset edistävät myös metallien liuotusuuttoa käytetyistä akuista. Voimakasta ultraäänikäsittelyä käytetään mineraalien talteenottoon akkujen kierrätyksessä sekä usein myös hydrometallurgiassa ja arvokkaiden malmien liuotusuutossa (esimerkiksi kaivosten rikastushiekasta). Korkeat paikalliset lämpötilat, paineet ja leikkausvoimat voimistavat metallien liuotusuuttoa ja lisäävät sen tehokkuutta merkittävästi. Vaikka kavitaation kuumissa pisteissä esiintyy paikallisesti äärimmäisen korkeita, jopa 1 000 K:n lämpötiloja, liuotusuuton yleiset olosuhteet edellyttävät vain maltillista, noin 50–60°C:n lämpötilaa. Tämä tekee ultraääniavusteisesta metallien talteenotosta energiatehokasta ja taloudellista.
Mineraalien ultraääniavusteiselle liuotusuutolle käytetyistä litiumioniakuista ovat ominaisia korkeat talteenottoasteet ja tehokkuus. Esimerkiksi rikkihappoa (H2SO4) käytettiin onnistuneesti liuotusuuttoaineena vetyperoksidin (H2O2) läsnä ollessa mineraalien ultraääniavusteisessa talteenotossa katodista. Ultraääniavusteinen liuotusuutto rikkihapolla tuotti koboltille 94,63%:n ja litiumille 98,62%:n talteenottoasteen.
Ultraääniavusteinen liuotusuutto orgaanisella sitruunahapolla (C6H8O7·H2O) tuottaa erittäin korkeat kuparin ja litiumin talteenottoasteet: käytetyistä litiumioniakuista saadaan talteen 96% kuparista ja lähes 100% litiumista.

Helppoa ja turvallista: ultraääniprosessin skaalaus toteutettavuuskokeista teolliseen kierrätykseen

Suuritehoisia ultraäänilaitteita litiumioniakkujen kierrätykseen on helposti saatavilla pöytämittakaavan, pilot-mittakaavan ja teollisiin asennuksiin. Koska katodin ultraääniavusteinen erottaminen ja mineraalien ultraääniavusteinen liuotusuutto käytetyistä akuista ovat jo vakiintuneita prosesseja, eteneminen ensimmäisistä kokeista prosessikohtaisten vaatimustesi mukaiseen optimointiin ja täyden teollisen mittakaavan ultraääniavusteisen erotus- ja/tai liuotusuuttojärjestelmän asennukseen on nopeaa ja helppoa.
Lue lisää ultraääniavusteisen liuotusuuton eduista kestävässä akkujen kierrätyksessä ja kaupunkikaivostoiminnassa!

Suuritehoiset ultraäänilaitteet akkujen kierrätykseen

Hielscher Ultrasonics toimittaa suuritehoisia ultraäänilaitteita kaikissa koko- ja kapasiteettiluokissa. Hielscher valmistaa maailman tehokkainta ultraääniprosessoria UIP16000 (16kW). UIP16000 sekä kaikki muut teolliset ultraäänijärjestelmät voidaan helposti yhdistää laitekokonaisuuksiksi tarvittavan käsittelykapasiteetin saavuttamiseksi. Kaikki yrityksen Hielscher ultraäänilaitteet on rakennettu ympärivuorokautiseen käyttöön (24/7) täydellä kuormalla ja vaativissa ympäristöissä.
Hielscher Ultrasonics -yrityksen teolliset ultraääniprosessorit voivat tuottaa erittäin suuria amplitudeja. Jopa 200µm:n amplitudeilla voidaan helposti toimia jatkuvasti ympärivuorokautisessa käytössä (24/7). Vielä suurempia amplitudeja varten on saatavilla räätälöityjä ultraäänisonotrodeja.

Ultraäänianturit ja ultraäänireaktorit kaikille tilavuuksille

Hielscher Ultrasonics -yrityksen tuotevalikoima kattaa ultraääniprosessorien koko kirjon kompakteista laboratorioiden ultraäänilaitteista pöytämittakaavan ja pilot-mittakaavan järjestelmiin sekä täyden teollisen mittakaavan ultraääniprosessoreihin, joiden kapasiteetti riittää kuorma-autokuormallisten käsittelyyn tunnissa. Kattavan tuotevalikoiman ansiosta voimme tarjota käyttökohteeseesi, prosessikapasiteettiisi ja tuotantotavoitteisiisi parhaiten soveltuvat ultraäänilaitteet.

Tarkasti säädettävät amplitudit optimaalisiin tuloksiin

Kaikki yrityksen Hielscher ultraääniprosessorit ovat tarkasti säädettävissä ja siten luotettavia työjuhtia tutkimuksessa, tuotekehityksessä ja tuotannossa. Amplitudi on yksi keskeisistä prosessiparametreista, jotka vaikuttavat sonokemiallisesti ja sonomekaanisesti aikaansaatujen reaktioiden tehokkuuteen ja vaikuttavuuteen. Kaikki Hielscher Ultrasonics -yrityksen prosessorit mahdollistavat amplitudin tarkan asettamisen. Sonotrodit ja amplitudinvahvistimet ovat lisävarusteita, joiden avulla amplitudia voidaan muuttaa entistä laajemmalla alueella. Yrityksen Hielscher teolliset ultraääniprosessorit voivat tuottaa erittäin suuria amplitudeja ja vaativissa sovelluksissa tarvittavan ultraäänen intensiteetin. Jopa 200µm:n amplitudeilla voidaan helposti toimia jatkuvasti ympärivuorokautisessa käytössä (24/7).
Tarkat amplitudiasetukset ja ultraääniprosessin parametrien jatkuva seuranta älykkäällä ohjelmistolla antavat mahdollisuuden erottaa katodi alumiinifoliosta sekä liuotusuuttaa mineraaleja ja metalleja käytetyistä litiumioniakuista tehokkaimmissa ultraääniolosuhteissa. Optimaalista ultraäänikäsittelyä mahdollisimman tehokkaaseen litiumioniakkujen kierrätykseen!
Yrityksen Hielscher ultraäänilaitteiden vankka rakenne mahdollistaa ympärivuorokautisen käytön (24/7) raskaassa käytössä ja vaativissa ympäristöissä. Tämä tekee yrityksen Hielscher ultraäänilaitteista luotettavia työvälineitä, jotka täyttävät kierrätysprosessisi vaatimukset.

Korkein laatu – suunniteltu ja valmistettu Saksassa

Perheomisteisena ja perheen johtamana yrityksenä Hielscher asettaa ultraääniprosessoriensa korkeimmat laatustandardit etusijalle. Kaikki ultraäänilaitteet suunnitellaan, valmistetaan ja testataan perusteellisesti päätoimipaikassamme Teltowissa lähellä Berliiniä Saksassa. Hielscherin ultraäänilaitteiden vankka rakenne ja luotettavuus tekevät niistä tuotantosi työjuhtia. Ympärivuorokautinen käyttö (24/7) täydellä kuormalla ja vaativissa ympäristöissä on Hielscherin suuritehoisten ultraäänianturien ja reaktorien luontainen ominaisuus.

Alla oleva taulukko antaa käsityksen ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:

Hyödyllistä tietoa

Mitä litiumioniakut ovat?

Litiumioniakku eli Li-ion-akku on ladattava akkutyyppi. Lyijy- ja nikkelipohjaisiin akkuihin verrattuna litiumioniakuissa käytetään katodia, anodia ja elektrolyyttiä johtimena.
Kuten kaikki akut, litiumioniakut varastoivat kemiallista energiaa, joka muunnetaan sähköenergiaksi staattisen sähkövarauksen tuottamiseksi tehonsyöttöä varten.
Litiumioniakkuja käytetään yleisesti kannettavassa elektroniikassa, kuten kannettavissa tietokoneissa ja älypuhelimissa, sekä sähköajoneuvoissa. Litiumioniakkujen käyttö herättää myös kasvavaa kiinnostusta puolustusvoimissa sekä ilmailu- ja avaruusalan yrityksissä.