લિથિયમ આયન બેટરીના રિસાયક્લિંગ માટે અલ્ટ્રાસોનિક્સ
- ઈલેક્ટ્રિક કારમાં વપરાતી લિથિયમ-આયન બેટરી હમણાં જ સામૂહિક બજારમાં આવી રહી છે અને તેની સાથે રિસાયક્લિંગ ક્ષમતા વિકસાવવી જોઈએ.
- અલ્ટ્રાસોનિક લીચિંગ એ ખર્ચાયેલી લિ-આયન બેટરીમાંથી લિ, એમજી, કો, ની વગેરે ધાતુઓને પુનઃપ્રાપ્ત કરવા માટે એક કાર્યક્ષમ, પર્યાવરણને અનુકૂળ તકનીક છે.
- લીચિંગ એપ્લીકેશન માટે Hielscher ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમો વિશ્વસનીય અને મજબૂત છે અને હાલના રિસાયક્લિંગ પ્લાન્ટ્સમાં સરળતાથી સંકલિત કરી શકાય છે.
લિથિયમ-આયન બેટરીનું રિસાયક્લિંગ
લિથિયમ-આયન બેટરીનો વ્યાપકપણે ઇલેક્ટ્રિક વાહનો (EV), લેપટોપ અને સેલ ફોનમાં ઉપયોગ થાય છે. આનો અર્થ એ છે કે ખર્ચવામાં આવેલી લિથિયમ-આયન બેટરીઓ કચરાના વ્યવસ્થાપન અને રિસાયક્લિંગને લગતો વર્તમાન પડકાર છે. બેટરીઓ EVs માટે મુખ્ય ખર્ચ ડ્રાઇવર છે, અને તેનો નિકાલ પણ ખર્ચાળ છે. પર્યાવરણીય અને આર્થિક પાસાઓ બંધ રિસાયક્લિંગ લૂપ માટે દબાણ કરે છે કારણ કે બેટરીના કચરામાં મૂલ્યવાન સામગ્રી હોય છે અને તે લિથિયમ-આયન બેટરીના ઉત્પાદનના કાર્બન ફૂટપ્રિન્ટને ઘટાડવામાં મદદ કરે છે.
દુર્લભ-પૃથ્વી ધાતુઓ અને બેટરીના અન્ય ઘટકોની ભાવિ ઉપલબ્ધતા સુનિશ્ચિત કરવા અને ખાણકામના પર્યાવરણીય ખર્ચને ઘટાડવા માટે લિ-આયન બેટરીનું રિસાયક્લિંગ સમૃદ્ધ ઉદ્યોગ ક્ષેત્રે વધી રહ્યું છે.
પાયરોમેટાલર્જિકલ અને હાઇડ્રોમેટાલર્જિકલ રિસાયક્લિંગ વિ અલ્ટ્રાસોનિક બેટરી રિસાયક્લિંગ
નીચે, અમે ફાયદા અને ખામીઓ અંગે અલ્ટ્રાસોનિક લીચિંગ તકનીક સાથે પાયરોમેટાલર્જિકલ અને હાઇડ્રોમેટાલર્જિકલ પ્રક્રિયાઓની પરંપરાગત પદ્ધતિઓની તુલના કરીએ છીએ.
પરંપરાગત બેટરી રિસાયક્લિંગની ખામીઓ
લિથિયમ-આયન બેટરી રિસાયક્લિંગ માટે ઉપયોગમાં લેવાતી પરંપરાગત પદ્ધતિઓમાં પાયરોમેટાલર્જિકલ અને હાઇડ્રોમેટાલર્જિકલ પ્રક્રિયાઓનો સમાવેશ થાય છે.
પાયરોમેટાલર્જિકલ પદ્ધતિઓ ઉચ્ચ-તાપમાન પ્રક્રિયાઓનો સમાવેશ થાય છે જેમ કે ગંધ અથવા ભસ્મીકરણ. બેટરીઓ ભારે ગરમીને આધિન છે, જેના કારણે કાર્બનિક ઘટકો બળી જાય છે, અને બાકીના ધાતુના ઘટકો ઓગળી જાય છે અને અલગ પડે છે. જો કે, આ પદ્ધતિઓમાં કેટલાક ગેરફાયદા છે:
- પર્યાવરણીય પ્રભાવ: પાયરોમેટાલર્જિકલ પ્રક્રિયાઓ વાતાવરણમાં હાનિકારક ઉત્સર્જન અને પ્રદૂષકોને મુક્ત કરે છે, જે વાયુ પ્રદૂષણમાં ફાળો આપે છે અને સંભવિત રૂપે સ્વાસ્થ્યને જોખમમાં મૂકે છે.
- સામગ્રીની ખોટ: ઉચ્ચ-તાપમાન પ્રક્રિયાઓ થર્મલ ડિગ્રેડેશનને કારણે મૂલ્યવાન સામગ્રી અને ધાતુઓની ખોટમાં પરિણમી શકે છે, એકંદર પુનઃપ્રાપ્તિ દર ઘટાડે છે.
- ઉર્જા સઘન: આ પદ્ધતિઓમાં સામાન્ય રીતે નોંધપાત્ર ઊર્જા ઇનપુટની જરૂર પડે છે, જે ઓપરેશનલ ખર્ચ અને પર્યાવરણીય પદચિહ્નને વધારે છે.
હાઇડ્રોમેટલર્જિકલ પદ્ધતિઓ બેટરીના ઘટકોને ઓગાળવા અને મૂલ્યવાન ધાતુઓ કાઢવા માટે રાસાયણિક લીચિંગનો સમાવેશ કરો. જ્યારે પાયરોમેટલર્જિકલ પદ્ધતિઓ કરતાં વધુ પર્યાવરણને અનુકૂળ છે, ત્યારે હાઇડ્રોમેટાલર્જીની પોતાની ખામીઓ છે:
- રાસાયણિક ઉપયોગ: લીચિંગ માટે મજબૂત એસિડ અથવા અન્ય કાટરોધક રસાયણોની જરૂર પડે છે, જે રાસાયણિક હેન્ડલિંગ, કચરાના વ્યવસ્થાપન અને સંભવિત પર્યાવરણીય દૂષણ વિશે ચિંતા કરે છે.
- પસંદગીના પડકારો: ઇચ્છિત ધાતુઓની પસંદગીયુક્ત લીચિંગ હાંસલ કરવી મુશ્કેલ બની શકે છે, જે નીચા વસૂલાત દર અને મૂલ્યવાન સંસાધનોની સંભવિત ખોટ તરફ દોરી જાય છે.
પરંપરાગત તકનીકો પર અલ્ટ્રાસોનિક બેટરી લીચિંગના ફાયદા
જ્યારે બંનેની સરખામણીમાં, પાયરોમેટાલર્જિકલ અને હાઇડ્રોમેટાલર્જિકલ રિસાયક્લિંગ તકનીકો, અલ્ટ્રાસોનિક બેટરી રિસાયક્લિંગ તકનીક વિવિધ ફાયદાઓને કારણે પરિણામ આપે છે:
- ઉન્નત કાર્યક્ષમતા: અલ્ટ્રાસોનિક સોનિકેશન બેટરી સામગ્રીના ભંગાણને વેગ આપી શકે છે, જેના પરિણામે ટૂંકા પ્રક્રિયા સમય અને ઉચ્ચ એકંદર કાર્યક્ષમતા આવે છે.
- સુધારેલ પુનઃપ્રાપ્તિ દર: અલ્ટ્રાસોનિક પોલાણની નિયંત્રિત એપ્લિકેશન બેટરીના ઘટકોના ભંગાણને વધારે છે, મૂલ્યવાન ધાતુઓના પુનઃપ્રાપ્તિ દરમાં વધારો કરે છે.
- પર્યાવરણને અનુકૂળ: અલ્ટ્રાસોનિક રિસાયક્લિંગ ઉચ્ચ તાપમાન અને કઠોર રસાયણો પર નિર્ભરતા ઘટાડે છે, પર્યાવરણીય અસર ઘટાડે છે અને પ્રદૂષકોના ઉત્સર્જનને ઘટાડે છે.
- પસંદગીયુક્ત લીચિંગ: અલ્ટ્રાસાઉન્ડની નિયંત્રિત એપ્લિકેશન બેટરીની અંદર ચોક્કસ ઘટકોના લક્ષ્યાંકિત વિક્ષેપ માટે પરવાનગી આપે છે, તેમને કાર્યક્ષમ રીતે અલગ કરે છે. વિવિધ રિસાયકલ કરી શકાય તેવા બેટરી સંયોજનો ચોક્કસ અલ્ટ્રાસોનિક તીવ્રતા હેઠળ ઓગળેલા દૂર કરવામાં આવ્યા હોવાથી, ઑપ્ટિમાઇઝ પ્રોસેસિંગ પેરામીટર્સ વ્યક્તિગત સામગ્રીના પસંદગીયુક્ત લીચિંગ માટે પરવાનગી આપે છે. આ મૂલ્યવાન ધાતુઓ અને સામગ્રીને કાર્યક્ષમ રીતે અલગ કરવાની સુવિધા આપે છે.
- ઊર્જા વપરાશમાં ઘટાડો: બંનેની તુલનામાં, હાઇડ્રોમેટાલર્જિકલ અને ખાસ કરીને પાયરોમેટાલર્જિકલ પદ્ધતિઓની તુલનામાં, અલ્ટ્રાસોનિક રિસાયક્લિંગ સામાન્ય રીતે વધુ ઉર્જા-કાર્યક્ષમ છે, જે નીચા ઓપરેશનલ ખર્ચ તરફ દોરી જાય છે અને કાર્બન ફૂટપ્રિન્ટ ઘટાડે છે.
- માપનીયતા અને સુગમતા: વિવિધ બેટરી કદ અને ઉત્પાદન ક્ષમતાઓને સમાવવા માટે અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમ્સને સરળતાથી ઉપર અથવા નીચે માપી શકાય છે. વધુમાં, બેટરી રિસાયક્લિંગ માટે અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સને પહેલાથી અસ્તિત્વમાં રહેલી બેટરી રિસાયક્લિંગ સુવિધાઓમાં સરળતાથી સંકલિત કરી શકાય છે. અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ્સ અને ફ્લો સેલ રિએક્ટર જેવા વિવિધ પાવર સ્કેલ અને મેચિંગ એક્સેસરીઝ પર સરળતાથી ઉપલબ્ધ છે, અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ બેટરીના ઘટકોને વિવિધ કદ અને ઉત્પાદન ક્ષમતાઓનું સંચાલન કરી શકે છે, જે રિસાયક્લિંગ પ્રક્રિયાઓમાં માપનીયતા અને અનુકૂલનક્ષમતા પ્રદાન કરે છે.
- સિનર્જિસ્ટિક એકીકરણ: ખર્ચવામાં આવેલી લિ-આયન બેટરીમાંથી મૂલ્યવાન ધાતુઓ અને સામગ્રીઓના હાઇડ્રોમેટાલર્જિકલ લીચિંગને વધુ તીવ્ર બનાવવા અને સુધારવા માટે અલ્ટ્રાસોનિક લીચિંગને હાલની હાઇડ્રોમેટાલર્જિકલ બેટરી રિસાયક્લિંગ લાઇનમાં એકીકૃત કરી શકાય છે.
એકંદરે, અલ્ટ્રાસોનિક બેટરી રિસાયક્લિંગ પરંપરાગત પાયરોમેટાલર્જિકલ અને હાઇડ્રોમેટાલર્જિકલ અભિગમોની તુલનામાં વધુ પર્યાવરણને અનુકૂળ, કાર્યક્ષમ અને પસંદગીયુક્ત પદ્ધતિ તરીકે વચન બતાવે છે.
ખર્ચવામાં આવેલી બેટરીઓમાંથી મેટલ પુનઃપ્રાપ્તિ માટે ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક લીચિંગ
લિથિયમ કોબાલ્ટ ઓક્સાઇડ બેટરી (દા.ત. લેપટોપ, સ્માર્ટફોન વગેરેમાંથી) તેમજ જટિલ લિથિયમ-નિકલ-મેંગેનીઝ-કોબાલ્ટ બેટરીઓ (દા.ત. ઇલેક્ટ્રિક વાહનોમાંથી) રિસાયક્લિંગ પ્રક્રિયાઓ માટે અલ્ટ્રાસોનિક લીચિંગ અને મેટલ એક્સટ્રક્શન લાગુ કરી શકાય છે.
હાઇ-પાવર અલ્ટ્રાસાઉન્ડ સામૂહિક સ્થાનાંતરણને સુધારવા અને રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ શરૂ કરવા માટે રાસાયણિક પ્રવાહી અને સ્લરી પર પ્રક્રિયા કરવાની તેની ક્ષમતા માટે જાણીતું છે.
પાવર અલ્ટ્રાસોનિકેશનની તીવ્ર અસરો એકોસ્ટિક પોલાણની ઘટના પર આધારિત છે. હાઇ-પાવર અલ્ટ્રાસાઉન્ડને પ્રવાહી/સ્લરીઝમાં જોડીને, પ્રવાહીમાં વૈકલ્પિક નીચા-દબાણ અને ઉચ્ચ-દબાણના તરંગો નાના શૂન્યાવકાશ પરપોટા ઉત્પન્ન કરે છે. નાના શૂન્યાવકાશ શૂન્યાવકાશ વિવિધ નીચા-દબાણ/ઉચ્ચ-દબાણ ચક્રમાં વધે છે જ્યાં સુધી હિંસક રીતે વિસ્ફોટ ન થાય. તૂટી પડતા શૂન્યાવકાશ પરપોટાને માઈક્રોરિએક્ટર તરીકે ગણી શકાય જેમાં 5000K સુધીનું તાપમાન, 1000atm સુધીનું દબાણ અને 10 થી વધુ ગરમી અને ઠંડકનો દર-10 થાય છે. વધુમાં, 280m/s વેગ સાથે મજબૂત હાઇડ્રોડાયનેમિક શીયર-ફોર્સ અને લિક્વિડ જેટ જનરેટ થાય છે. એકોસ્ટિક પોલાણની આ આત્યંતિક પરિસ્થિતિઓ અન્યથા ઠંડા પ્રવાહીમાં અસાધારણ ભૌતિક અને રાસાયણિક પરિસ્થિતિઓ બનાવે છે અને રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ (કહેવાતા) માટે ફાયદાકારક વાતાવરણ બનાવે છે સોનોકેમિસ્ટ્રી).
અલ્ટ્રાસોનિક લીચિંગ અને મેટલ પુનઃપ્રાપ્તિનો મોટો ફાયદો એ કંપનવિસ્તાર, દબાણ અને તાપમાન જેવા પ્રક્રિયાના પરિમાણો પર ચોક્કસ નિયંત્રણ છે. આ પરિમાણો પ્રક્રિયાના માધ્યમ અને લક્ષિત આઉટપુટ સાથે બરાબર પ્રતિક્રિયાની સ્થિતિને સમાયોજિત કરવાની મંજૂરી આપે છે. વધુમાં, અલ્ટ્રાસોનિક લીચિંગ સબસ્ટ્રેટમાંથી નાનામાં નાના ધાતુના કણોને પણ દૂર કરે છે, જ્યારે માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરને સાચવે છે. ઉન્નત ધાતુની પુનઃપ્રાપ્તિ અત્યંત પ્રતિક્રિયાશીલ સપાટીઓની અલ્ટ્રાસોનિક રચના, પ્રતિક્રિયા દરમાં વધારો અને સુધારેલ સામૂહિક પરિવહનને કારણે છે. Sonication પ્રક્રિયાઓને દરેક પરિમાણને પ્રભાવિત કરીને ઑપ્ટિમાઇઝ કરી શકાય છે અને તેથી તે માત્ર ખૂબ જ અસરકારક નથી પણ અત્યંત ઊર્જા-કાર્યક્ષમ પણ છે.
તેનું ચોક્કસ પરિમાણ નિયંત્રણ અને ઊર્જા કાર્યક્ષમતા અલ્ટ્રાસોનિક લીચિંગને અનુકૂળ અને શ્રેષ્ઠ તકનીક બનાવે છે – ખાસ કરીને જ્યારે જટિલ એસિડ લીચિંગ અને ચેલેશન તકનીકોની સરખામણીમાં.
LiCoO ની અલ્ટ્રાસોનિક પુનઃપ્રાપ્તિ2 ખર્ચવામાં આવેલી લિથિયમ-આયન બેટરીમાંથી
અલ્ટ્રાસોનિકેશન રિડક્ટિવ લીચિંગ અને રાસાયણિક અવક્ષેપને મદદ કરે છે, જેનો ઉપયોગ Li તરીકે પુનઃપ્રાપ્ત કરવા માટે થાય છે.2CO3 અને Co(OH) તરીકે2 કચરો લિથિયમ-આયન બેટરીમાંથી.
ઝાંગ એટ અલ. (2014) LiCoO ની સફળ પુનઃપ્રાપ્તિની જાણ કરો2 અલ્ટ્રાસોનિક રિએક્ટરનો ઉપયોગ કરીને. 600mL ના પ્રારંભિક સોલ્યુશન તૈયાર કરવા માટે, તેઓએ 10 ગ્રામ અમાન્ય LiCoO મૂક્યું2 એક બીકરમાં પાવડર અને 2.0mol/L LiOH સોલ્યુશન ઉમેર્યું, જે મિશ્રિત હતા.
મિશ્રણને અલ્ટ્રાસોનિક ઇરેડિયેશનમાં રેડવામાં આવ્યું હતું અને stirring ઉપકરણ શરૂ થયું હતું, stirring ઉપકરણને પ્રતિક્રિયા કન્ટેનરના આંતરિક ભાગમાં મૂકવામાં આવ્યું હતું. તે 120◦C સુધી ગરમ કરવામાં આવ્યું હતું, અને પછી અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણ 800W પર સેટ કરવામાં આવ્યું હતું અને ક્રિયાના અલ્ટ્રાસોનિક મોડને 5 સેકન્ડના પલ્સ્ડ ડ્યુટી સાયકલ પર સેટ કરવામાં આવ્યો હતો. ચાલુ / 2 સે. બંધ. અલ્ટ્રાસોનિક ઇરેડિયેશન 6 કલાક માટે લાગુ કરવામાં આવ્યું હતું, અને પછી પ્રતિક્રિયા મિશ્રણ ઓરડાના તાપમાને ઠંડુ થાય છે. ઘન અવશેષો ડીયોનાઇઝ્ડ પાણીથી ઘણી વખત ધોવાઇ ગયા હતા અને સતત વજન સુધી 80◦C તાપમાને સૂકવવામાં આવ્યા હતા. પ્રાપ્ત નમૂનાને અનુગામી પરીક્ષણ અને બેટરી ઉત્પાદન માટે એકત્રિત કરવામાં આવ્યો હતો. પ્રથમ ચક્રમાં ચાર્જ ક્ષમતા 134.2mAh/g છે અને ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા 133.5mAh/g છે. પ્રથમ વખત ચાર્જ અને ડિસ્ચાર્જ કાર્યક્ષમતા 99.5% હતી. 40 ચક્ર પછી, ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા હજુ પણ 132.9mAh/g છે. (ઝાંગ એટ અલ. 2014)
સાઇટ્રિક એસિડ જેવા કાર્બનિક એસિડ સાથે અલ્ટ્રાસોનિક લીચિંગ માત્ર અસરકારક જ નહીં પરંતુ પર્યાવરણને અનુકૂળ પણ છે. સંશોધનમાં જાણવા મળ્યું છે કે અકાર્બનિક એસિડ H2SO4 અને HCl કરતાં સાઇટ્રિક એસિડ સાથે Co અને Liનું લીચિંગ વધુ કાર્યક્ષમ છે. ખર્ચવામાં આવેલી લિથિયમ-આયન બેટરીમાંથી 96% કરતાં વધુ Co અને લગભગ 100% Li પુનઃપ્રાપ્ત કરવામાં આવ્યા હતા. હકીકત એ છે કે સાઇટ્રિક એસિડ અને એસિટિક એસિડ જેવા કાર્બનિક એસિડ સસ્તા અને બાયોડિગ્રેડેબલ છે, સોનિકેશનના વધુ આર્થિક અને પર્યાવરણીય ફાયદાઓમાં ફાળો આપે છે.
ખર્ચવામાં આવેલી બેટરીમાંથી મેટલ લીચિંગ માટે હાઇ-પાવર ઇન્ડસ્ટ્રીયલ અલ્ટ્રાસોનિક્સ
Hielscher Ultrasonics એ અત્યંત કાર્યક્ષમ અને ભરોસાપાત્ર અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમ્સ માટે તમારા લાંબા-અનુભવી સપ્લાયર છે, જે નકામા પદાર્થોમાંથી ધાતુઓને લીચ કરવા માટે જરૂરી શક્તિ પહોંચાડે છે. કોબાલ્ટ, લિથિયમ, નિકલ અને મેંગેનીઝ જેવી ધાતુઓ કાઢીને લિ-આયન બેટરીને પુનઃપ્રક્રિયા કરવા માટે, શક્તિશાળી અને મજબૂત અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમ્સ આવશ્યક છે. Hielscher Ultrasonics ઔદ્યોગિક એકમો જેમ કે UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), UIP10000 (10kW), અને UIP16000 (16kW) બજારમાં સૌથી શક્તિશાળી અને મજબૂત ઉચ્ચ-પ્રદર્શન અલ્ટ્રાસાઉન્ડ સિસ્ટમ્સ છે. અમારા તમામ ઔદ્યોગિક એકમો સતત 24/7 કામગીરીમાં 200µm સુધીના અત્યંત ઊંચા કંપનવિસ્તાર સાથે ચાલી શકે છે. ઉચ્ચ કંપનવિસ્તાર માટે, કસ્ટમાઇઝ્ડ અલ્ટ્રાસોનિક સોનોટ્રોડ્સ ઉપલબ્ધ છે. Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક સાધનોની મજબૂતાઈ ભારે ફરજ પર અને માંગવાળા વાતાવરણમાં 24/7 કામગીરી માટે પરવાનગી આપે છે. Hielscher ઉચ્ચ તાપમાન, દબાણ અને કાટ લાગતા પ્રવાહી માટે પણ ખાસ સોનોટ્રોડ્સ અને રિએક્ટર સપ્લાય કરે છે. આ અમારા ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સને એક્સટ્રેક્ટિવ ધાતુવિજ્ઞાન તકનીકો માટે સૌથી યોગ્ય બનાવે છે, દા.ત. હાઇડ્રોમેટાલર્જિકલ સારવાર.
નીચે આપેલ કોષ્ટક તમને અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સની અંદાજિત પ્રોસેસિંગ ક્ષમતાનો સંકેત આપે છે:
બેચ વોલ્યુમ | પ્રવાહ દર | ભલામણ કરેલ ઉપકરણો |
---|---|---|
0.1 થી 20L | 0.2 થી 4L/મિનિટ | UIP2000hdT |
10 થી 100 લિ | 2 થી 10L/મિનિટ | UIP4000hdT |
20 થી 200 લિ | 4 થી 20L/મિનિટ | UIP6000hdT |
na | 10 થી 100L/મિનિટ | UIP16000 |
na | મોટા | નું ક્લસ્ટર UIP16000 |
જાણવા લાયક હકીકતો
લિથિયમ-આયન બેટરી
લિથિયમ-આયન બેટરી (LIB) એ (રિચાર્જેબલ) બેટરીઓ માટે સામૂહિક શબ્દ છે જે ઉચ્ચ ઉર્જા ઘનતા પ્રદાન કરે છે અને ઇલેક્ટ્રોનિક કાર, હાઇબ્રિડ કાર, લેપટોપ, સેલ ફોન, આઇપોડ વગેરે જેવા કન્ઝ્યુમર ઇલેક્ટ્રોનિક્સમાં વારંવાર સંકલિત થાય છે. સમાન કદ અને ક્ષમતા સાથે રિચાર્જેબલ બેટરીના અન્ય પ્રકારો, LIB નોંધપાત્ર રીતે હળવા હોય છે.
નિકાલજોગ લિથિયમ પ્રાથમિક બેટરીથી વિપરીત, LIB તેના ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે મેટાલિક લિથિયમને બદલે ઇન્ટરકેલેટેડ લિથિયમ સંયોજનનો ઉપયોગ કરે છે. લિથિયમ-આયન બેટરીના મુખ્ય ઘટકો તેના ઇલેક્ટ્રોડ્સ છે – એનોડ અને કેથોડ – અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ.
મોટાભાગના કોષો ઇલેક્ટ્રોલાઇટ, વિભાજક, ફોઇલ્સ અને કેસીંગના સંદર્ભમાં સામાન્ય ઘટકો વહેંચે છે. સેલ ટેક્નોલોજીઓ વચ્ચેનો મુખ્ય તફાવત એ વપરાયેલી સામગ્રી છે “સક્રિય સામગ્રી” જેમ કે કેથોડ અને એનોડ. ગ્રેફાઇટ એ એનોડ તરીકે સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતી સામગ્રી છે, જ્યારે કેથોડ સ્તરવાળી LiMO2 (M = Mn, Co, and Ni), સ્પિનલ LiMn થી બનેલું છે.2ઓ4, અથવા ઓલિવિન LiFePO4. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ કાર્બનિક પ્રવાહી ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ (દા.ત., કાર્બનિક દ્રાવકોના મિશ્રણમાં ઓગળેલું LiPF6 મીઠું, જેમ કે ઇથિલિન કાર્બોનેટ (EC), ડાઇમેથાઇલ કાર્બોનેટ (DMC), ડાયાથિલ કાર્બોનેટ (DEC), ઇથિલ મિથાઇલ કાર્બોનેટ (EMC), વગેરે) માટે પરવાનગી આપે છે. આયનીય ચળવળ.
હકારાત્મક (કેથોડ) અને નકારાત્મક (એનોડ) ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રીના આધારે, LIB ની ઊર્જા ઘનતા અને વોલ્ટેજ અનુક્રમે બદલાય છે.
જ્યારે ઇલેક્ટ્રિક વાહનોમાં ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, ત્યારે ઘણીવાર ઇલેક્ટ્રિક-વ્હીકલ બેટરી (EVB) અથવા ટ્રેક્શન બેટરીનો ઉપયોગ થાય છે. આવી ટ્રેક્શન બેટરીનો ઉપયોગ ફોર્કલિફ્ટ, ઇલેક્ટ્રિક ગોલ્ફ કાર્ટ, ફ્લોર સ્ક્રબર્સ, ઇલેક્ટ્રિક મોટરસાઇકલ, ઇલેક્ટ્રિક કાર, ટ્રક, વાન અને અન્ય ઇલેક્ટ્રિક વાહનોમાં થાય છે.
ખર્ચાયેલી લિ-આયન બેટરીમાંથી મેટલ રિસાયક્લિંગ
લીડ અથવા કેડમિયમ ધરાવતી અન્ય પ્રકારની બેટરીઓની તુલનામાં, લિ-આયન બેટરીમાં ઓછી ઝેરી ધાતુઓ હોય છે અને તેથી તે પર્યાવરણને અનુકૂળ માનવામાં આવે છે. જો કે, ખર્ચવામાં આવેલી લિ-આયન બેટરીનો વિશાળ જથ્થો, જેને ઇલેક્ટ્રિક કારમાંથી ખર્ચવામાં આવેલી બેટરી તરીકે નિકાલ કરવાની રહેશે, કચરાની સમસ્યા રજૂ કરે છે. તેથી, લિ-આયન બેટરીનો બંધ રિસાયક્લિંગ લૂપ જરૂરી છે. આર્થિક દૃષ્ટિકોણથી, લોખંડ, તાંબુ, નિકલ, કોબાલ્ટ અને લિથિયમ જેવા ધાતુના તત્વોને પુનઃપ્રાપ્ત કરી શકાય છે અને નવી બેટરીના ઉત્પાદનમાં ફરીથી ઉપયોગમાં લઈ શકાય છે. રિસાયક્લિંગ ભવિષ્યની અછતને પણ અટકાવી શકે છે.
જો કે ઉચ્ચ નિકલ લોડિંગ ધરાવતી બેટરી બજારમાં આવી રહી છે, પરંતુ કોબાલ્ટ વિના બેટરીનું ઉત્પાદન કરવું શક્ય નથી. ઉચ્ચ નિકલ સામગ્રી ખર્ચે આવે છે: નિકલની સામગ્રીમાં વધારો થવાથી, બેટરીની સ્થિરતામાં ઘટાડો થાય છે અને તેના કારણે તેની ચક્ર જીવન અને ઝડપી ચાર્જિંગની ક્ષમતામાં ઘટાડો થાય છે.
રિસાયક્લિંગ પ્રક્રિયા
ટેસ્લા રોડસ્ટર જેવા ઇલેક્ટ્રિક વાહનોની બેટરીનું આયુષ્ય આશરે 10 વર્ષ હોય છે.
ખલાસ થઈ ગયેલી લિ-આયન બેટરીનું રિસાયક્લિંગ એ એક માંગણીવાળી પ્રક્રિયા છે કારણ કે ઉચ્ચ વોલ્ટેજ અને જોખમી રસાયણો સામેલ છે, જે થર્મલ રનઅવે, ઇલેક્ટ્રિકલ શોક અને જોખમી પદાર્થોના ઉત્સર્જનના જોખમો સાથે આવે છે.
બંધ લૂપ રિસાયક્લિંગ સ્થાપિત કરવા માટે, દરેક રાસાયણિક બોન્ડ અને તમામ તત્વોને તેમના વ્યક્તિગત અપૂર્ણાંકમાં અલગ કરવા જોઈએ. જો કે, આવા બંધ લૂપ રિસાયક્લિંગ માટે જરૂરી ઊર્જા ખૂબ ખર્ચાળ છે. પુનઃપ્રાપ્તિ માટે સૌથી મૂલ્યવાન સામગ્રીઓ ની, કો, ક્યુ, લિ, વગેરે જેવી ધાતુઓ છે કારણ કે ખર્ચાળ ખાણકામ અને ધાતુના ઘટકોના ઊંચા બજાર ભાવ રિસાયક્લિંગને આર્થિક રીતે આકર્ષક બનાવે છે.
લિ-આયન બેટરીની રિસાયક્લિંગ પ્રક્રિયા બેટરીના વિસર્જન અને ડિસ્ચાર્જિંગ સાથે શરૂ થાય છે. બેટરી ખોલતા પહેલા, બેટરીમાં રહેલા રસાયણોને નિષ્ક્રિય કરવા માટે પેસિવેશન જરૂરી છે. પેસિવેશન ક્રાયોજેનિક ફ્રીઝિંગ અથવા નિયંત્રિત ઓક્સિડેશન દ્વારા પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. બેટરીના કદ પર આધાર રાખીને, બેટરીને તોડીને સેલમાં ડિસએસેમ્બલ કરી શકાય છે. ઇલેક્ટ્રોડ પાવડરમાંથી સેલ કેસીંગ્સ, એલ્યુમિનિયમ, કોપર અને પ્લાસ્ટિકને દૂર કરવા માટે વિખેરી નાખ્યા અને ક્રશ કર્યા પછી, ઘટકોને ઘણી પદ્ધતિઓ દ્વારા અલગ કરવામાં આવે છે (દા.ત. સ્ક્રીનીંગ, સીવિંગ, હેન્ડ પિકિંગ, મેગ્નેટિક, વેટ અને બેલિસ્ટિક સેપરેશન). ડાઉનસ્ટ્રીમ પ્રક્રિયાઓ માટે ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રીને અલગ કરવી જરૂરી છે, દા.ત. હાઇડ્રોમેટાલર્જિકલ સારવાર.
pyrolysis
પાયરોલિટીક પ્રોસેસિંગ માટે, કાપેલી બેટરીને ભઠ્ઠીમાં ગંધવામાં આવે છે જ્યાં ચૂનાના પત્થરને સ્લેગ બનાવતા એજન્ટ તરીકે ઉમેરવામાં આવે છે.
હાઇડ્રોથર્મલ પ્રક્રિયાઓ
ક્ષારને ધાતુ તરીકે અવક્ષેપિત કરવા માટે હાઇડ્રોમેટલર્જિકલ પ્રક્રિયા એસિડ પ્રતિક્રિયાઓ પર આધારિત છે. લાક્ષણિક હાઇડ્રોમેટાલર્જિકલ પ્રક્રિયાઓમાં લીચિંગ, વરસાદ, આયન વિનિમય, દ્રાવક નિષ્કર્ષણ અને જલીય દ્રાવણનું વિદ્યુત વિચ્છેદનનો સમાવેશ થાય છે.
હાઇડ્રોથર્મલ પ્રોસેસિંગનો ફાયદો એ છે કે ક્ષાર તરીકે +95% Ni અને Co ની ઉચ્ચ પુનઃપ્રાપ્તિ ઉપજ છે, +90% Li ને અવક્ષેપિત કરી શકાય છે, અને બાકીનાને +80% સુધી પુનઃપ્રાપ્ત કરી શકાય છે.
ખાસ કરીને કોબાલ્ટ ઉચ્ચ ઉર્જા અને પાવર એપ્લીકેશન માટે લિથિયમ-આયન બેટરી કેથોડ્સમાં એક મહત્વપૂર્ણ ઘટક છે.
હાલની હાઇબ્રિડ કાર જેમ કે ટોયોટા પ્રિયસ, નિકલ મેટલ હાઇડ્રાઈડ બેટરીનો ઉપયોગ કરે છે, જે લી-આયન બેટરીની જેમ જ તોડી પાડવામાં આવે છે, ડિસ્ચાર્જ થાય છે અને રિસાયકલ કરવામાં આવે છે.
સાહિત્ય/સંદર્ભ
- 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.