Les ultrasons rendent le recyclage des piles au lithium-ion plus efficace

Le lithium est un matériau rare et très précieux présent dans les batteries à haute performance, telles que les batteries Li-ion. Le lithium est le matériau le plus précieux qui est récupéré dans le recyclage des batteries Li-ion, mais d'autres minéraux et métaux tels que le cobalt, le manganèse, le nickel, le cuivre et l'aluminium sont également des métaux précieux à récupérer. Les ultrasons à haute intensité sont utilisés comme technique d'agitation et de lixiviation pour extraire, enlever et dissoudre les minéraux et métaux précieux des piles usagées. La méthode de sonication est très efficace, économe en énergie, et peut être facilement installée dans des installations de recyclage commerciales.

Vue d'ensemble : Processus de recyclage des batteries Li-Ion

Le processus de recyclage des métaux et matériaux précieux contenus dans les batteries Li-ion usagées comporte généralement plusieurs étapes. En voici un aperçu général :

  1. Collecte et tri : Les batteries Li-ion usagées sont collectées et triées en fonction de leur type et de leur composition chimique.
  2. Démontage: La batterie nue est ensuite placée dans de l'azote liquide afin de neutraliser les substances réactives et explosives. Cette étape permet d'éviter la libération soudaine de toute l'énergie stockée, ainsi que l'inflammation et l'explosion qui en découlent. Ensuite, les batteries sont démontées pour séparer les différents composants, tels que la cathode, l'anode, l'électrolyte et le boîtier.
  3. Déchiquetage : Les batteries démontées sont déchiquetées en petits morceaux afin d'augmenter la surface pour les processus ultérieurs.
  4. Délamination de l'électrode : Avant le traitement d'extraction des métaux, les électrodes isolées, c'est-à-dire la cathode et l'anode, doivent être démontées. Étant donné que le matériau de la cathode est généralement collé à la feuille d'aluminium par un liant, généralement du fluorure de polyvinylidène (PVDF) ou du polytétrafluoroéthylène (PTFE), il est difficile d'enlever la cathode et la feuille d'aluminium l'une de l'autre.
  5. Traitement chimique : Les composants déchiquetés de la batterie subissent divers traitements chimiques pour dissoudre et séparer les différents matériaux. Il peut s'agir d'une lixiviation avec de l'acide ou d'autres solvants pour extraire les métaux précieux comme le lithium, le cobalt, le nickel et le cuivre.
  6. Récupération et purification : Les métaux dissous sont ensuite récupérés de la solution par des procédés tels que la précipitation, l'extraction par solvant ou des méthodes électrochimiques. Ces étapes permettent de purifier et de concentrer les métaux précieux.

Récupération des métaux précieux améliorée par la sonication

Les ultrasons de puissance peuvent améliorer les étapes de délamination des électrodes et de lixiviation des métaux et matériaux précieux en intensifiant les réactions, ce qui rend le processus de récupération nettement plus efficace. L'ultrasonication est une technique qui utilise des ondes ultrasonores de haute intensité pour créer des vibrations mécaniques et une cavitation acoustique dans un milieu liquide. Les forces puissantes des ultrasons sont utilisées pour améliorer le processus de recyclage des métaux précieux contenus dans les batteries Li-ion usagées de plusieurs manières :
 

  1. Désintégration : Les ultrasons décomposent les matériaux déchiquetés de la batterie pour créer des particules plus petites. Les particules plus petites offrent une surface plus importante, ce qui rend la lixiviation chimique plus efficace et favorise la libération des métaux précieux.
  2. Amélioration de la lixiviation : L'application d'ultrasons pendant les processus de lixiviation peut améliorer le contact entre le matériau solide et la solution de lixiviation, augmentant ainsi l'efficacité de l'extraction des métaux. La lixiviation par ultrasons favorise l'extraction des métaux et augmente le rendement des métaux et minéraux récupérés tels que le cobalt, le manganèse, le nickel, le cuivre et l'aluminium.
  3. Amélioration de la délamination des électrodes : L'objectif du décollement des électrodes pendant le recyclage des batteries est de séparer les différents composants, tels que les électrodes, les électrolytes et les séparateurs, afin qu'ils puissent être traités ou recyclés individuellement. Les ultrasons facilitent le détachement et l'élimination des revêtements de l'électrode. Les forces sonomécaniques favorisent la séparation efficace des couches des électrodes.
  4. Réactions accélérées : Les ultrasons favorisent un mélange plus rapide et plus complet, ce qui peut accélérer les réactions chimiques pendant les étapes de récupération et de purification des métaux.
  5. Réduction de la consommation d'énergie : L'ultrasonication peut améliorer l'efficacité du processus, en réduisant le temps et l'énergie nécessaires à la récupération des métaux dans les piles usagées.

 
Les ultrasons peuvent jouer un rôle bénéfique dans l'amélioration du processus de recyclage des métaux et matériaux précieux contenus dans les batteries Li-ion usagées en augmentant l'efficacité et l'efficience des différentes étapes du processus de recyclage.
Les étapes du processus de lixiviation des métaux par ultrasons et de délamination des électrodes peuvent être adaptées aux processus de recyclage individuels, qui peuvent varier au fur et à mesure que les entreprises spécialisées dans le recyclage des batteries Li-ion développent et modifient leurs processus en vue d'une efficacité maximale.

UIP4000hdT - Processeur ultrasonique puissant de 4000 watts pour la séparation des cathodes et la lixiviation des métaux lors du recyclage des batteries Li-ion usagées.

UIP4000hdT – Un processeur à ultrasons de 4 kW pour le recyclage des batteries Li-ion

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Ultrasons pour une récupération très efficace des
 

  • Lithium
  • cobalt
  • manganèse
  • Nickel
  • cuivre
  • aluminium
  • LiCoO2
  • Graphite

Cavitation ultrasonique pour la séparation des cathodes

Les ultrasons séparent les matériaux cathodiques des feuilles d'aluminium par les effets de la cavitation acoustique. La cavitation acoustique ou ultrasonore est déterminée par les hautes pressions et les hautes températures locales, ainsi que par les chutes de température qui en résultent et qui entraînent des différences de pression et de température, ainsi que des micro-turbulences intenses et des micro-jets à fort cisaillement. Ces forces de cavitation affectent les limites de la surface, favorisent le transfert de masse et provoquent l'érosion. En générant des forces aussi intenses de nature chimique, physique, thermique et mécanique, la cavitation ultrasonique crée l'agitation et le transfert de masse nécessaires pour briser la structure du liant organique utilisé dans les batteries lithium-ion afin de fixer la cathode au collecteur / feuille d'aluminium.
Alors que l'agitation mécanique, telle que le brassage, ne suffit pas à détacher efficacement le matériau cathodique de la feuille d'aluminium, les ultrasons à haute intensité fournissent l'énergie sonochimique et sonomécanique nécessaire pour retirer complètement le matériau cathodique des collecteurs. Contrairement à l'agitation mécanique, la cavitation ultrasonore génère d'intenses turbulences, des températures et des pressions localement élevées ainsi que de l'agitation, des courants et des jets de liquide, qui brisent le liant, par exemple le PVDF ou le PTFE, qui relient la cathode à la feuille d'aluminium, et érodent la surface de la cathode et de la feuille d'aluminium. Ainsi, le liant entre les deux matériaux est correctement détruit et la cathode et la feuille d'aluminium sont séparées de manière efficace.
Par exemple, la séparation par ultrasons permet d'obtenir une efficacité élevée de 99 % de l'élimination de la cathode en utilisant la N-méthyl-2-pyrrolidone (NMP) comme solvant à 70°C (240 W puissance des ultrasons, et 90 min temps de traitement des ultrasons). Comme la séparation cathodique par ultrasons disperse le matériau de manière uniforme et empêche la formation d'agglomérats plus importants, le processus de lixiviation des métaux qui s'ensuit est facilité.
En savoir plus sur la délamination des électrodes par ultrasons afin de récupérer les matériaux actifs et les feuilles de collecteurs de courant !

"Ultrasonator

Délamination des électrodes par ultrasons pour le recyclage des batteries

Vignette vidéo

 

Lixiviation des minéraux par ultrasons

Les effets de cavitation ultrasonique décrits ci-dessus favorisent également la lixiviation des métaux des piles usagées. L'ultrasonication à haute intensité n'est pas seulement utilisée pour récupérer les minéraux dans le recyclage des piles, mais elle est aussi souvent utilisée en hydrométallurgie et pour la lixiviation des minerais précieux (par exemple, les résidus miniers). Les températures, pressions et forces de cisaillement localisées élevées intensifient la lixiviation des métaux et augmentent considérablement l'efficacité de la lixiviation. Alors que les points chauds de la cavitation sont localisés à des températures extrêmes allant jusqu'à 1000 K, les conditions générales de lixiviation ne nécessitent qu'une température modérée d'environ 50-60°C. Cela rend la récupération des métaux par ultrasons efficace sur le plan énergétique et économique.
La lixiviation ultrasonique des minéraux des batteries Li-ion usagées se caractérise par des taux de récupération et une efficacité élevés. Par exemple, l'acide sulfurique (H2SO4) a été utilisé avec succès comme agent de lixiviation en présence de peroxyde d'hydrogène (H2O2) lors de la récupération des minéraux par ultrasons à partir de la cathode. La lixiviation ultrasonique avec l'acide sulfurique a permis d'obtenir des taux de récupération de 94,63 % pour le cobalt et de 98,62 % pour le lithium, respectivement.
La lixiviation par ultrasons avec de l'acide citrique organique (C6H8O7-H2O) entraîne une récupération très élevée du cuivre et du lithium, permettant d'obtenir 96 % de cuivre et près de 100 % de lithium à partir des batteries Li-ion usagées.

Réacteur industriel multi-sondes à ultrasons pour la récupération des métaux des batteries Li-ion usagées. La lixiviation ultrasonique permet d'obtenir des rendements élevés de récupération du lithium, du cobalt, du cuivre, de l'aluminium et du nickel.

MultiSonoReactor avec jusqu'à 5 sondes ultrasoniques : mélangeur ultrasonique industriel à haute intensité pour le traitement en ligne, par exemple la lixiviation des métaux, la séparation des cathodes et des feuilles d'aluminium, ainsi que l'extraction des minéraux des batteries lithium-ion usagées.


L'UIP16000 est un puissant mélangeur ultrasonique à haut cisaillement de 16kW utilisé pour des applications exigeantes telles que la lixiviation des métaux, les dispersions minérales et l'homogénéisation de boues très visqueuses et abrasives.

L'UIP16000, un puissant homogénéisateur ultrasonique de 16 000 watts pour l'extraction des minéraux, la lixiviation des métaux et la séparation des cathodes dans le recyclage des batteries

Avantages de la technologie de recyclage des piles par ultrasons
 

  • haute efficacité
  • Technique établie
  • Une utilisation simple
  • Utilisation de solvants peu ou pas toxiques
  • Presque aucune émission de gaz d'échappement / empreinte CO2
  • sûr
  • respectueux de l'environnement

Simple et sûr : Les ultrasons passent des essais de faisabilité au recyclage industriel

Des équipements à ultrasons de haute performance pour le recyclage des batteries Li-ion sont facilement disponibles pour des installations de banc, pilotes et industrielles. Étant donné que la séparation cathodique par ultrasons et la lixiviation par ultrasons des minéraux des batteries usagées sont des processus déjà établis, le processus est rapide et simple dès les premiers essais, l'optimisation en fonction de vos besoins spécifiques et l'installation d'un système de séparation et/ou de lixiviation par ultrasons entièrement industriel.

Ultrasons à haute performance pour le recyclage des piles

Cellule de mesure UIP4000hdT pour la sonication en ligne à l'échelle industrielleHielscher Ultrasonics fournit des ultrasonateurs à haute performance de toutes tailles et capacités. Avec le UIP16000 (16kW), Hielscher fabrique le processeur à ultrasons le plus puissant au monde. L'UIP16000 ainsi que tous les autres systèmes industriels à ultrasons peuvent être facilement regroupés pour obtenir la capacité de traitement requise. Tous les ultrasonateurs Hielscher sont construits pour fonctionner 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, à pleine charge et dans des environnements exigeants.
Hielscher Ultrasonics’ Les processeurs ultrasoniques industriels peuvent fournir des amplitudes très élevées. Des amplitudes allant jusqu'à 200 µm peuvent facilement être exploitées en continu, 24 heures sur 24, 7 jours sur 7. Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes ultrasoniques personnalisées sont disponibles.

Sondes ultrasoniques et sono-réacteurs pour tous les volumes

La gamme de produits Hielscher Ultrasons couvre tout l'éventail des processeurs ultrasoniques, depuis les ultrasonores compacts de laboratoire jusqu'aux processeurs ultrasoniques industriels capables de traiter des charges de camion à l'heure, en passant par les systèmes de table et les systèmes pilotes. La gamme complète de produits nous permet de vous proposer l'équipement ultrasonore le mieux adapté à votre application, à votre capacité de traitement et à vos objectifs de production.

Des amplitudes précisément contrôlables pour des résultats optimaux

Les ultrasons Hielscher peuvent être contrôlés à distance par le biais d'un navigateur. Les paramètres de sonication peuvent être surveillés et ajustés précisément aux exigences du processus.Tous les processeurs à ultrasons de Hielscher sont contrôlables avec précision et donc des chevaux de travail fiables en R&D et production. L'amplitude est l'un des paramètres de processus cruciaux qui influencent l'efficacité et l'efficience des réactions induites par la sonochimie et la sonomécanique. Tous les ultrasons Hielscher’ Les processeurs permettent de régler précisément l'amplitude. Les sonotrodes et les cornes d'amplification sont des accessoires qui permettent de modifier l'amplitude dans une plage encore plus large. Les processeurs ultrasoniques industriels de Hielscher peuvent fournir des amplitudes très élevées et délivrer l'intensité ultrasonore requise pour des applications exigeantes. Des amplitudes allant jusqu'à 200 µm peuvent facilement être utilisées en continu, 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7.
Des réglages d'amplitude précis et le contrôle permanent des paramètres du processus ultrasonore par un logiciel intelligent vous permettent de séparer la cathode de la feuille d'aluminium ainsi que de lixivier les minéraux et les métaux des batteries Li-ion usagées dans les conditions ultrasonores les plus efficaces. Une sonication optimale pour un recyclage plus efficace des batteries Li-ion !
La robustesse des équipements à ultrasons de Hielscher permet un fonctionnement 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, dans des environnements difficiles. Cela fait de l'équipement à ultrasons de Hielscher un outil de travail fiable qui répond aux exigences de votre processus de recyclage.

La plus haute qualité – Conçu et fabriqué en Allemagne

En tant qu'entreprise familiale, Hielscher accorde la priorité aux normes de qualité les plus élevées pour ses processeurs à ultrasons. Tous les appareils à ultrasons sont conçus, fabriqués et testés de manière approfondie dans notre siège social de Teltow, près de Berlin, en Allemagne. La robustesse et la fiabilité des équipements à ultrasons de Hielscher en font un cheval de bataille dans votre production. Le fonctionnement 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, à pleine charge et dans des environnements exigeants est une caractéristique naturelle des sondes et des réacteurs ultrasoniques hautes performances de Hielscher.

Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicators:

lot Volume Débit Appareils recommandés
10 à 2000mL 20 à 400 ml / min UP200Ht, UP400St
0.1 20L 00,2 à 4L / min UIP2000hdT
10 à 100l 2 à 10 L / min UIP4000hdT
n / a. 10 à 100 litres / min UIP16000
n / a. plus grand groupe de UIP16000

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Qu'il faut savoir

Batteries lithium-ion

Une batterie au lithium-ion, également appelée batterie Li-ion, est un type de batterie rechargeable. Par rapport aux batteries à base de plomb et de nickel, les appareils au lithium-ion utilisent une cathode, une anode et un électrolyte comme conducteur.
Comme toutes les batteries, les batteries Li-ion stockent de l'énergie chimique, qui est ensuite convertie en énergie électrique afin de fournir une charge électrique statique pour l'alimentation.
Les batteries lithium-ion sont couramment utilisées pour les appareils électroniques portables tels que les ordinateurs portables, les téléphones intelligents ainsi que les véhicules électriques. L'application des batteries Li-ion suscite également un intérêt croissant de la part des entreprises militaires et aérospatiales.

Les homogénéisateurs ultrasoniques à haut cisaillement sont utilisés en laboratoire, sur table, dans le cadre de projets pilotes et dans l'industrie.

Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs ultrasoniques à haute performance pour des applications de mélange, de dispersion, d'émulsification et d'extraction à l'échelle du laboratoire, du pilote et de l'industrie.

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