લિથિયમ આયન બેટરીઓના પુનઃચક્રણ માટે અલ્ટ્રાસોનિક્સ
- ઇલેક્ટ્રિક કારમાં વપરાતી લિથિયમ-આયન બેટરીઓ હમણાં જ વ્યાપક બજારમાં આવી રહી છે અને તેની સાથે પુનઃચક્રણની ક્ષમતાઓ વિકસાવવી આવશ્યક છે.
- અલ્ટ્રાસોનિક નિક્ષાલન એ વપરાશ પૂર્ણ થયેલી Li-ion બેટરીઓમાંથી Li, Mg, Co, Ni વગેરે જેવી ધાતુઓની પુનઃપ્રાપ્તિ માટેની કાર્યક્ષમ અને પર્યાવરણને અનુકૂળ તકનીક છે.
- નિક્ષાલનના અનુપ્રયોગો માટેની Hielscher ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક પ્રણાલીઓ વિશ્વસનીય અને મજબૂત છે અને તેમને હાલના પુનઃચક્રણ સંયંત્રોમાં સરળતાથી સંકલિત કરી શકાય છે.
લિથિયમ-આયન બેટરીઓનું પુનઃચક્રણ
લિથિયમ-આયન બેટરીઓનો ઇલેક્ટ્રિક વાહનો (EV), લેપટોપ અને મોબાઇલ ફોનમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે. આનો અર્થ એ છે કે વપરાશ પૂર્ણ થયેલી લિથિયમ-આયન બેટરીઓ હાલમાં કચરાના વ્યવસ્થાપન અને પુનઃચક્રણ માટે એક પડકાર છે. બેટરીઓ EVના ખર્ચમાં વધારો કરનારું એક મુખ્ય પરિબળ છે અને તેમનો નિકાલ પણ ખર્ચાળ છે. પર્યાવરણીય અને આર્થિક પાસાં બંધ-ચક્રીય પુનઃચક્રણને પ્રોત્સાહન આપે છે, કારણ કે બેટરીના કચરામાં મૂલ્યવાન સામગ્રી હોય છે અને તે લિથિયમ-આયન બેટરીઓના ઉત્પાદનનું કાર્બન પદચિહ્ન ઘટાડવામાં મદદ કરે છે.
દુર્લભ-પૃથ્વી ધાતુઓ અને બેટરીના અન્ય ઘટકોની ભવિષ્યની ઉપલબ્ધતા સુનિશ્ચિત કરવા અને ખનનના પર્યાવરણીય ખર્ચ ઘટાડવા માટે Li-ion બેટરીઓનું પુનઃચક્રણ એક સમૃદ્ધ ઔદ્યોગિક ક્ષેત્ર તરીકે વિકસી રહ્યું છે.
48kW અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર
ધાતુઓના નિક્ષાલન જેવા પડકારજનક અનુપ્રયોગો માટે
પાયરોમેટલર્જિકલ અને હાઇડ્રોમેટલર્જિકલ પુનઃચક્રણની સામે અલ્ટ્રાસોનિક બેટરી પુનઃચક્રણ
નીચે, અમે ફાયદા અને ગેરફાયદાના સંદર્ભમાં પાયરોમેટલર્જિકલ અને હાઇડ્રોમેટલર્જિકલ પ્રક્રિયાઓની પરંપરાગત પદ્ધતિઓની અલ્ટ્રાસોનિક નિક્ષાલન તકનીક સાથે સરખામણી કરીએ છીએ.
પરંપરાગત બેટરી પુનઃચક્રણના ગેરફાયદા
લિથિયમ-આયન બેટરીઓના પુનઃચક્રણ માટે વપરાતી પરંપરાગત પદ્ધતિઓમાં પાયરોમેટલર્જિકલ અને હાઇડ્રોમેટલર્જિકલ પ્રક્રિયાઓનો સમાવેશ થાય છે.
પાયરોમેટલર્જિકલ પદ્ધતિઓમાં ગલન અથવા ભસ્મીકરણ જેવી ઊંચા તાપમાનની પ્રક્રિયાઓનો સમાવેશ થાય છે. બેટરીઓને અત્યંત ઊંચા તાપને આધીન કરવામાં આવે છે, જેના કારણે કાર્બનિક ઘટકો બળી જાય છે અને બાકી રહેલા ધાત્વિક ઘટકોને ઓગાળીને અલગ કરવામાં આવે છે. જોકે, આ પદ્ધતિઓના કેટલાક ગેરફાયદા છે:
- પર્યાવરણીય અસર: પાયરોમેટલર્જિકલ પ્રક્રિયાઓ વાતાવરણમાં હાનિકારક ઉત્સર્જનો અને પ્રદૂષકો છોડે છે, જે વાયુ પ્રદૂષણમાં ફાળો આપે છે અને સંભવિતપણે આરોગ્ય માટે જોખમો ઊભાં કરે છે.
- સામગ્રીનું નુકસાન: ઊંચા તાપમાનની પ્રક્રિયાઓમાં ઉષ્મીય વિઘટનને કારણે મૂલ્યવાન સામગ્રી અને ધાતુઓનું નુકસાન થઈ શકે છે, જે એકંદર પુનઃપ્રાપ્તિ દર ઘટાડે છે.
- ઊર્જાનો વધુ વપરાશ: આ પદ્ધતિઓમાં સામાન્ય રીતે નોંધપાત્ર ઊર્જા પુરવઠાની જરૂર પડે છે, જે સંચાલન ખર્ચ અને પર્યાવરણીય પદચિહ્ન વધારે છે.
હાઇડ્રોમેટલર્જિકલ પદ્ધતિઓમાં બેટરીના ઘટકોને ઓગાળવા અને મૂલ્યવાન ધાતુઓનું નિષ્કર્ષણ કરવા માટે રાસાયણિક નિક્ષાલનનો સમાવેશ થાય છે. પાયરોમેટલર્જિકલ પદ્ધતિઓ કરતાં પર્યાવરણને વધુ અનુકૂળ હોવા છતાં, હાઇડ્રોમેટલર્જીના પોતાના ગેરફાયદા છે:
- રસાયણોનો ઉપયોગ: નિક્ષાલન માટે પ્રબળ એસિડ અથવા અન્ય સંક્ષારક રસાયણોની જરૂર પડે છે, જે રસાયણોના સંચાલન, કચરાના વ્યવસ્થાપન અને સંભવિત પર્યાવરણીય દૂષણ અંગે ચિંતાઓ ઊભી કરે છે.
- પસંદગીક્ષમતાના પડકારો: ઇચ્છિત ધાતુઓનું પસંદગીયુક્ત નિક્ષાલન હાંસલ કરવું મુશ્કેલ હોઈ શકે છે, જેના પરિણામે પુનઃપ્રાપ્તિ દર ઓછા થઈ શકે છે અને મૂલ્યવાન સંસાધનોનું સંભવિત નુકસાન થઈ શકે છે.
પરંપરાગત તકનીકોની સરખામણીમાં અલ્ટ્રાસોનિક બેટરી નિક્ષાલનના ફાયદા
પાયરોમેટલર્જિકલ અને હાઇડ્રોમેટલર્જિકલ બંને પુનઃચક્રણ તકનીકો સાથે સરખામણી કરવામાં આવે ત્યારે, વિવિધ ફાયદાઓને કારણે અલ્ટ્રાસોનિક બેટરી પુનઃચક્રણ તકનીક ચડિયાતી સાબિત થાય છે:
- વધેલી કાર્યક્ષમતા: અલ્ટ્રાસોનિક સોનિકેશન બેટરીની સામગ્રીના વિઘટનને વેગ આપી શકે છે, જેના પરિણામે પ્રક્રિયાનો સમય ઘટે છે અને એકંદર કાર્યક્ષમતા વધે છે.
- સુધરેલા પુનઃપ્રાપ્તિ દર: અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશનનો નિયંત્રિત ઉપયોગ બેટરીના ઘટકોના વિઘટનને વધારે છે, જે મૂલ્યવાન ધાતુઓના પુનઃપ્રાપ્તિ દર વધારે છે.
- પર્યાવરણને અનુકૂળ: અલ્ટ્રાસોનિક પુનઃચક્રણ ઊંચા તાપમાન અને ઉગ્ર રસાયણો પરની નિર્ભરતા ઘટાડે છે, જે પર્યાવરણીય અસરને ન્યૂનતમ કરે છે અને પ્રદૂષકોના ઉત્સર્જનને ઘટાડે છે.
- પસંદગીયુક્ત નિક્ષાલન: અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો નિયંત્રિત ઉપયોગ બેટરીની અંદરના ચોક્કસ ઘટકોનું લક્ષિત વિઘટન કરીને તેમને કાર્યક્ષમ રીતે અલગ કરવા દે છે. બેટરીનાં પુનઃચક્રણ કરી શકાય તેવાં વિવિધ સંયોજનો ચોક્કસ અલ્ટ્રાસોનિક તીવ્રતાઓ હેઠળ દૂર થાય છે અને ઓગળે છે, તેથી શ્રેષ્ઠ બનાવેલા પ્રક્રિયા પરિમાણો વ્યક્તિગત પદાર્થોનું પસંદગીયુક્ત લીચિંગ કરવા દે છે. આ મૂલ્યવાન ધાતુઓ અને પદાર્થોને કાર્યક્ષમ રીતે અલગ કરવામાં સહાય કરે છે.
- ઊર્જા વપરાશમાં ઘટાડો: હાઇડ્રોમેટલર્જિકલ અને ખાસ કરીને પાયરોમેટલર્જિકલ પદ્ધતિઓની સરખામણીમાં, અલ્ટ્રાસોનિક પુનઃચક્રણ સામાન્ય રીતે વધુ ઊર્જા કાર્યક્ષમ હોય છે, જેના પરિણામે સંચાલન ખર્ચ અને કાર્બન ફૂટપ્રિન્ટ ઘટે છે.
- ક્ષમતા વધારવા કે ઘટાડવાની સુવિધા અને લવચીકતા: બેટરીના વિવિધ કદ અને ઉત્પાદન ક્ષમતાઓને અનુરૂપ અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમોની ક્ષમતા સરળતાથી વધારી કે ઘટાડી શકાય છે. વધુમાં, બેટરીના પુનઃચક્રણ માટેનાં અલ્ટ્રાસોનિકેટરોને પહેલેથી અસ્તિત્વમાં રહેલી બેટરી પુનઃચક્રણ સુવિધાઓમાં સરળતાથી સંકલિત કરી શકાય છે. વિવિધ પાવર સ્તરો અને અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ તથા ફ્લો સેલ રિએક્ટર જેવી સુસંગત સહાયક સામગ્રી સાથે સહેલાઈથી ઉપલબ્ધ અલ્ટ્રાસોનિકેટરો વિવિધ કદના બેટરી ઘટકો અને વિવિધ ઉત્પાદન ક્ષમતાઓને સંભાળી શકે છે, જેથી પુનઃચક્રણ પ્રક્રિયાઓમાં ક્ષમતા વધારવા કે ઘટાડવાની સુવિધા અને અનુકૂલનક્ષમતા મળે છે.
- સહક્રિયાત્મક સંકલન: વપરાયેલી Li-ion બેટરીઓમાંથી મૂલ્યવાન ધાતુઓ અને પદાર્થોના હાઇડ્રોમેટલર્જિકલ લીચિંગને તીવ્ર અને વધુ સારું બનાવવા માટે અલ્ટ્રાસોનિક લીચિંગને અસ્તિત્વમાં રહેલી હાઇડ્રોમેટલર્જિકલ બેટરી પુનઃચક્રણ લાઇનોમાં સંકલિત કરી શકાય છે.
એકંદરે, પરંપરાગત પાયરોમેટલર્જિકલ અને હાઇડ્રોમેટલર્જિકલ અભિગમોની સરખામણીમાં અલ્ટ્રાસોનિક બેટરી પુનઃચક્રણ વધુ પર્યાવરણને અનુકૂળ, કાર્યક્ષમ અને પસંદગીયુક્ત પદ્ધતિ તરીકે આશાસ્પદ જણાય છે.
વપરાયેલી બેટરીઓમાંથી ધાતુઓની પુનઃપ્રાપ્તિ માટે ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક લીચિંગ
અલ્ટ્રાસોનિક લીચિંગ અને ધાતુ નિષ્કર્ષણનો ઉપયોગ લિથિયમ કોબાલ્ટ ઑક્સાઇડ બેટરીઓની (દા.ત. લેપટોપ, સ્માર્ટફોન વગેરેમાંથી મળતી બેટરીઓની) તેમજ જટિલ લિથિયમ-નિકલ-મેંગેનીઝ-કોબાલ્ટ બેટરીઓની (દા.ત. ઇલેક્ટ્રિક વાહનોમાંથી મળતી બેટરીઓની) પુનઃચક્રણ પ્રક્રિયાઓમાં કરી શકાય છે.
દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણ સુધારવા અને રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ શરૂ કરવા માટે રાસાયણિક પ્રવાહીઓ અને સ્લરીઓ પર પ્રક્રિયા કરવાની ક્ષમતા માટે ઉચ્ચ શક્તિ ધરાવતું અલ્ટ્રાસાઉન્ડ સુવિખ્યાત છે.
પાવર અલ્ટ્રાસોનિકેશનની તીવ્ર અસરો ધ્વનિક કેવિટેશનની ઘટના પર આધારિત છે. પ્રવાહીઓ / સ્લરીઓમાં ઉચ્ચ શક્તિ ધરાવતા અલ્ટ્રાસાઉન્ડની ઊર્જા સંયોજિત કરવાથી, પ્રવાહીઓમાં એકાંતરે આવતા ઓછા દબાણ અને ઊંચા દબાણના તરંગો નાના નિર્વાત પરપોટા ઉત્પન્ન કરે છે. આ નાના નિર્વાત પોલાણો ઓછા દબાણ / ઊંચા દબાણનાં અનેક ચક્રો દરમિયાન વધે છે અને અંતે પ્રચંડ રીતે અંદરની તરફ ધસી પડીને તૂટી જાય છે. તૂટી પડતા નિર્વાત પરપોટાઓને સૂક્ષ્મ રિએક્ટરો તરીકે ગણી શકાય છે, જેમાં તાપમાન 5000K સુધી, દબાણ 1000atm સુધી અને ગરમ થવાના તથા ઠંડા થવાના દરો 10-10 થી વધુ હોય છે. વધુમાં, પ્રબળ જલગતિશાસ્ત્રીય શિયર બળો અને 280m/s સુધીના વેગ ધરાવતી પ્રવાહી ધારાઓ ઉત્પન્ન થાય છે. ધ્વનિક કેવિટેશનની આ આત્યંતિક પરિસ્થિતિઓ અન્યથા ઠંડાં રહેતાં પ્રવાહીઓમાં અસાધારણ ભૌતિક અને રાસાયણિક પરિસ્થિતિઓ સર્જે છે અને રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ માટે અનુકૂળ વાતાવરણ બનાવે છે (જેને સોનોકેમિસ્ટ્રી કહેવામાં આવે છે).
વપરાઈ ચૂકેલી બેટરીઓના કચરામાંથી ધાતુઓનું અલ્ટ્રાસોનિક લીચિંગ.
અલ્ટ્રાસોનિક લીચિંગ અને ધાતુ પુનઃપ્રાપ્તિનો મોટો ફાયદો કંપવિસ્તાર, દબાણ અને તાપમાન જેવા પ્રક્રિયાના પરિમાણો પરનું ચોક્કસ નિયંત્રણ છે. આ પરિમાણો પ્રતિક્રિયાની પરિસ્થિતિઓને પ્રક્રિયાના માધ્યમ અને લક્ષિત નિષ્પત્તિને ચોક્કસ રીતે અનુરૂપ ગોઠવવા દે છે. વધુમાં, અલ્ટ્રાસોનિક લીચિંગ સૂક્ષ્મ સંરચનાઓને જાળવી રાખીને આધારપદાર્થમાંથી ધાતુના સૌથી નાના કણોને પણ દૂર કરે છે. ધાતુની વધેલી પુનઃપ્રાપ્તિ અલ્ટ્રાસોનિક રીતે અત્યંત પ્રતિક્રિયાશીલ સપાટીઓની રચના, પ્રતિક્રિયાના વધેલા દર અને સુધારેલા દ્રવ્ય પરિવહનને કારણે થાય છે. દરેક પરિમાણને પ્રભાવિત કરીને સોનિકેશન પ્રક્રિયાઓને શ્રેષ્ઠ બનાવી શકાય છે અને તેથી તે માત્ર ખૂબ અસરકારક જ નહીં, પણ ઊર્જાની દૃષ્ટિએ પણ અત્યંત કાર્યક્ષમ છે.
પરિમાણો પરનું ચોક્કસ નિયંત્રણ અને ઊર્જા કાર્યક્ષમતા અલ્ટ્રાસોનિક લીચિંગને અનુકૂળ અને ઉત્કૃષ્ટ તકનીક બનાવે છે – ખાસ કરીને જટિલ એસિડ લીચિંગ અને કીલેશન તકનીકોની સરખામણીમાં.
વપરાઈ ચૂકેલી લિથિયમ-આયન બેટરીઓમાંથી LiCoO2 ની અલ્ટ્રાસોનિક પુનઃપ્રાપ્તિ
અલ્ટ્રાસોનિકેશન અપચયાત્મક લીચિંગ અને રાસાયણિક અવક્ષેપણમાં સહાય કરે છે, જેનો ઉપયોગ નકામી લિથિયમ-આયન બેટરીઓમાંથી Li ને Li2CO3 સ્વરૂપે અને Co ને Co(OH)2 સ્વરૂપે પુનઃપ્રાપ્ત કરવા માટે થાય છે.
Zhang et al. (2014) અલ્ટ્રાસોનિક રિએક્ટરનો ઉપયોગ કરીને LiCoO2 ની સફળ પુનઃપ્રાપ્તિની જાણ કરે છે. 600mLનું પ્રારંભિક દ્રાવણ તૈયાર કરવા માટે તેમણે 10g ઉપયોગ માટે અયોગ્ય LiCoO2 પાઉડરને બીકરમાં મૂક્યો અને તેમાં 2.0mol/L સાંદ્રતાવાળું LiOH દ્રાવણ ઉમેર્યું, ત્યારબાદ તેમને મિશ્રિત કરવામાં આવ્યાં.
મિશ્રણને અલ્ટ્રાસોનિક વિકિરણમાં રેડવામાં આવ્યું અને હલાવવાનું ઉપકરણ ચાલુ કરવામાં આવ્યું; હલાવવાનું ઉપકરણ પ્રતિક્રિયા પાત્રની અંદર મૂકવામાં આવ્યું હતું. તેને 120◦C સુધી ગરમ કરવામાં આવ્યું અને ત્યારબાદ અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણને 800W પર સેટ કરવામાં આવ્યું અને અલ્ટ્રાસોનિક કાર્યપદ્ધતિને 5 sec. ચાલુ / 2sec. બંધના સ્પંદિત કાર્યચક્રો પર સેટ કરવામાં આવી. 6h સુધી અલ્ટ્રાસોનિક વિકિરણ લાગુ કરવામાં આવ્યું અને ત્યારબાદ પ્રતિક્રિયા મિશ્રણ ઓરડાના તાપમાને ઠંડું થયું. ઘન અવશેષને વિઆયનીકૃત પાણીથી ઘણી વાર ધોવામાં આવ્યો અને વજન સ્થિર થાય ત્યાં સુધી 80◦C પર સૂકવવામાં આવ્યો. પ્રાપ્ત નમૂનાને અનુગામી પરીક્ષણ અને બેટરી ઉત્પાદન માટે એકત્રિત કરવામાં આવ્યો. પ્રથમ ચક્રમાં ચાર્જ ક્ષમતા 134.2mAh/g અને ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા 133.5mAh/g છે. પ્રથમ વખતની ચાર્જ અને ડિસ્ચાર્જ કાર્યક્ષમતા 99.5% હતી. 40 ચક્રો પછી પણ ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા 132.9mAh/g છે. (Zhang et al. 2014)
120◦C પર 6h સુધી અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ઉપચાર પહેલાંના (a) અને પછીના (b) વપરાયેલા LiCoO2 સ્ફટિકો.
અભ્યાસ અને છબીઓ: ©Zhang et al. 2014
સાઇટ્રિક એસિડ જેવા કાર્બનિક એસિડ સાથેનું અલ્ટ્રાસોનિક લીચિંગ માત્ર અસરકારક જ નહીં, પરંતુ પર્યાવરણને અનુકૂળ પણ છે. સંશોધનમાં જાણવા મળ્યું કે અકાર્બનિક એસિડ H2SO4 અને HCl કરતાં સાઇટ્રિક એસિડ સાથે Co અને Liનું લીચિંગ વધુ કાર્યક્ષમ છે. વપરાઈ ચૂકેલી લિથિયમ-આયન બેટરીઓમાંથી 96% કરતાં વધુ Co અને લગભગ 100% Li પુનઃપ્રાપ્ત કરવામાં આવ્યાં. સાઇટ્રિક એસિડ અને એસિટિક એસિડ જેવા કાર્બનિક એસિડ સસ્તા અને જૈવવિઘટનક્ષમ હોવાથી સોનિકેશનના આર્થિક અને પર્યાવરણીય લાભોમાં વધુ વધારો થાય છે.
વપરાઈ ચૂકેલી બેટરીઓમાંથી ધાતુઓના લીચિંગ માટે ઉચ્ચ શક્તિવાળું ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક્સ
Hielscher Ultrasonics અત્યંત કાર્યક્ષમ અને વિશ્વસનીય અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમોનો તમારો લાંબો અનુભવ ધરાવતો સપ્લાયર છે, જે કચરારૂપ સામગ્રીમાંથી ધાતુઓના નિક્ષાલન માટે જરૂરી શક્તિ પૂરી પાડે છે. કોબાલ્ટ, લિથિયમ, નિકલ અને મેંગેનીઝ જેવી ધાતુઓનું નિષ્કર્ષણ કરીને li-ion બેટરીઓનું પુનઃપ્રક્રિયાકરણ કરવા માટે શક્તિશાળી અને મજબૂત અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમો આવશ્યક છે. Hielscher Ultrasonics નાં UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), UIP10000 (10kW) અને UIP16000 (16kW) જેવાં ઔદ્યોગિક એકમો બજારમાં ઉપલબ્ધ સૌથી શક્તિશાળી અને મજબૂત ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળી અલ્ટ્રાસાઉન્ડ સિસ્ટમો છે. અમારાં તમામ ઔદ્યોગિક એકમોને 24/7 કામગીરીમાં 200µm સુધીના અત્યંત ઊંચા કંપવિસ્તાર સાથે સતત ચલાવી શકાય છે. તેનાથી પણ વધુ ઊંચા કંપવિસ્તાર માટે જરૂરિયાત મુજબ બનાવેલા અલ્ટ્રાસોનિક સોનોટ્રોડ ઉપલબ્ધ છે. Hielscher નાં અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણોની મજબૂતાઈ ભારે કાર્યભાર હેઠળ અને પડકારજનક પરિસ્થિતિઓમાં 24/7 કામગીરી શક્ય બનાવે છે. Hielscher ઊંચા તાપમાન, ઊંચા દબાણ અને સંક્ષારક પ્રવાહીઓ માટે વિશેષ સોનોટ્રોડ અને રિએક્ટર પણ પૂરા પાડે છે. આને કારણે અમારાં ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિકેટર નિષ્કર્ષણ ધાતુવિજ્ઞાનની તકનીકો, દા.ત. જલધાતુકર્મીય ઉપચારો માટે સૌથી વધુ યોગ્ય બને છે.
નીચેનું કોષ્ટક અમારાં અલ્ટ્રાસોનિકેટરની અંદાજિત પ્રક્રિયાકરણ ક્ષમતાનો ખ્યાલ આપે છે:
| બેચનું ઘનફળ | પ્રવાહ દર | ભલામણ કરેલાં ઉપકરણો |
|---|---|---|
| 0.1 થી 20L | 0.2 થી 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 થી 100L | 2 થી 10L/min | UIP4000hdT |
| 20 થી 200L | 4 થી 20L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 થી 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | વધુ | સમૂહમાં ગોઠવેલાં UIP16000 |
જાણવા જેવી હકીકતો
લિથિયમ-આયન બેટરીઓ
લિથિયમ-આયન બેટરીઓ (LIB) એ ઊંચી ઊર્જા ઘનતા આપતી અને ઇલેક્ટ્રિક કાર, હાઇબ્રિડ કાર, લેપટોપ, મોબાઇલ ફોન, iPods વગેરે જેવી ઉપભોક્તા ઇલેક્ટ્રોનિક વસ્તુઓમાં વારંવાર સામેલ કરવામાં આવતી (પુનઃચાર્જ કરી શકાય તેવી) બેટરીઓ માટેનો સામૂહિક શબ્દ છે. સમાન કદ અને ક્ષમતા ધરાવતી અન્ય પ્રકારની પુનઃચાર્જ કરી શકાય તેવી બેટરીઓની સરખામણીમાં LIB નોંધપાત્ર રીતે હલકી હોય છે.
એક વાર વાપરીને ફેંકી દેવાની લિથિયમ પ્રાથમિક બેટરીથી વિપરીત, LIB તેના ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે ધાત્વિક લિથિયમને બદલે આંતરનિવેશિત લિથિયમ સંયોજનનો ઉપયોગ કરે છે. લિથિયમ-આયન બેટરીના મુખ્ય ઘટકો તેના ઇલેક્ટ્રોડ – એનોડ અને કેથોડ – તથા ઇલેક્ટ્રોલાઇટ છે.
મોટાભાગના સેલમાં ઇલેક્ટ્રોલાઇટ, વિભાજક, પાતળી ધાતુની પતરીઓ અને આવરણ જેવા ઘટકો સામાન્ય હોય છે. સેલ તકનીકો વચ્ચેનો મુખ્ય તફાવત કેથોડ અને એનોડ જેવી “સક્રિય સામગ્રી” તરીકે વપરાતી સામગ્રીમાં હોય છે. એનોડ તરીકે સૌથી વધુ વપરાતી સામગ્રી ગ્રેફાઇટ છે, જ્યારે કેથોડ સ્તરીય LiMO2 (M = Mn, Co, અને Ni), સ્પિનેલ LiMn2O4, અથવા ઓલિવિન LiFePO4માંથી બનેલો હોય છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ, એટલે કે કાર્બનિક પ્રવાહી ઇલેક્ટ્રોલાઇટ (દા.ત., ઇથિલીન કાર્બોનેટ (EC), ડાઇમિથાઇલ કાર્બોનેટ (DMC), ડાઇઇથાઇલ કાર્બોનેટ (DEC), ઇથાઇલ મિથાઇલ કાર્બોનેટ (EMC) વગેરે જેવા કાર્બનિક દ્રાવકોના મિશ્રણમાં ઓગાળેલું LiPF6 ક્ષાર), આયનોની હિલચાલ શક્ય બનાવે છે.
ધન (કેથોડ) અને ઋણ (એનોડ) ઇલેક્ટ્રોડની સામગ્રીના આધારે LIBની ઊર્જા ઘનતા અને વોલ્ટેજ અનુક્રમે બદલાય છે.
ઇલેક્ટ્રિક વાહનોમાં ઉપયોગમાં લેવાતી બેટરી માટે ઘણી વાર ઇલેક્ટ્રિક-વાહન બેટરી (EVB) અથવા ટ્રેક્શન બેટરી શબ્દ વપરાય છે. આવી ટ્રેક્શન બેટરીઓનો ઉપયોગ ફોર્કલિફ્ટ, ઇલેક્ટ્રિક ગોલ્ફ કાર્ટ, ફ્લોર સ્ક્રબર, ઇલેક્ટ્રિક મોટરસાઇકલ, ઇલેક્ટ્રિક કાર, ટ્રક, વાન અને અન્ય ઇલેક્ટ્રિક વાહનોમાં થાય છે.
વપરાઈ ચૂકેલી લિથિયમ-આયન બેટરીઓમાંથી ધાતુઓનું રિસાયક્લિંગ
અન્ય પ્રકારની બેટરીઓમાં ઘણી વાર સીસું અથવા કેડમિયમ હોય છે; તેમની સરખામણીમાં Li-ion બેટરીઓમાં ઓછી ઝેરી ધાતુઓ હોય છે અને તેથી તેમને પર્યાવરણને અનુકૂળ ગણવામાં આવે છે. જોકે, ઇલેક્ટ્રિક કારમાંથી વપરાઈ ચૂકેલી બેટરીઓ તરીકે નિકાલ કરવાની થતી Li-ion બેટરીઓનો વિશાળ જથ્થો કચરાની સમસ્યા ઊભી કરે છે. તેથી, Li-ion બેટરીઓના પુનઃચક્રણ માટે બંધ ચક્ર જરૂરી છે. આર્થિક દૃષ્ટિએ, લોખંડ, તાંબું, નિકલ, કોબાલ્ટ અને લિથિયમ જેવા ધાતુ તત્ત્વોની પુનઃપ્રાપ્તિ કરીને નવી બેટરીઓના ઉત્પાદનમાં તેમનો ફરીથી ઉપયોગ કરી શકાય છે. પુનઃચક્રણથી ભવિષ્યમાં અછત પણ અટકાવી શકાય છે.
નિકલનું વધુ પ્રમાણ ધરાવતી બેટરીઓ બજારમાં આવી રહી હોવા છતાં, કોબાલ્ટ વિના બેટરીઓનું ઉત્પાદન કરવું શક્ય નથી. નિકલનું વધુ પ્રમાણ એક ગેરલાભ સાથે આવે છે: નિકલનું પ્રમાણ વધવાથી બેટરીની સ્થિરતા ઘટે છે અને તેથી તેનું ચક્ર આયુષ્ય અને ઝડપી ચાર્જિંગની ક્ષમતા ઘટે છે.
Li-ion બેટરીઓની વધતી માગને કારણે નકામી બેટરીઓ માટે પુનઃચક્રણની ક્ષમતા વધારવી જરૂરી બને છે.
પુનઃચક્રણ પ્રક્રિયા
Tesla Roadster જેવાં ઇલેક્ટ્રિક વાહનોની બેટરીઓનું આયુષ્ય આશરે 10 વર્ષ હોય છે.
વપરાઈ ચૂકેલી Li-ion બેટરીઓનું પુનઃચક્રણ એક પડકારજનક પ્રક્રિયા છે, કારણ કે તેમાં ઊંચું વોલ્ટેજ અને જોખમી રસાયણો સંકળાયેલાં હોય છે, જેના કારણે અનિયંત્રિત તાપવૃદ્ધિ, વીજ આંચકો અને જોખમી પદાર્થોના ઉત્સર્જનનાં જોખમો રહે છે.
બંધ ચક્રવાળું પુનઃચક્રણ સ્થાપિત કરવા માટે દરેક રાસાયણિક બંધને તોડવો અને તમામ તત્ત્વોને તેમના અલગ અલગ અંશોમાં વિભાજિત કરવાં જરૂરી છે. જોકે, આવા બંધ ચક્રવાળા પુનઃચક્રણ માટે જરૂરી ઊર્જા ખૂબ ખર્ચાળ હોય છે. પુનઃપ્રાપ્તિ માટેની સૌથી મૂલ્યવાન સામગ્રીઓ Ni, Co, Cu, Li વગેરે જેવી ધાતુઓ છે, કારણ કે ખર્ચાળ ખનન અને ધાતુ ઘટકોના ઊંચા બજારભાવ પુનઃચક્રણને આર્થિક રીતે આકર્ષક બનાવે છે.
Li-ion બેટરીઓની પુનઃચક્રણ પ્રક્રિયા બેટરીઓને ખોલીને તેમના ભાગો છૂટા પાડવાથી અને તેમને ડિસ્ચાર્જ કરવાથી શરૂ થાય છે. બેટરી ખોલતાં પહેલાં, તેમાંનાં રસાયણોને નિષ્ક્રિય કરવા માટે પેસિવેશન જરૂરી છે. અતિનિમ્ન તાપમાને હિમીકરણ અથવા નિયંત્રિત ઓક્સિડેશન દ્વારા પેસિવેશન કરી શકાય છે. બેટરીના કદના આધારે, બેટરીઓને ખોલીને સેલના સ્તર સુધી તેમના ભાગો છૂટા પાડી શકાય છે. ભાગો છૂટા પાડ્યા અને કચડ્યા પછી, ઇલેક્ટ્રોડના પાઉડરમાંથી સેલનાં આવરણો, એલ્યુમિનિયમ, તાંબું અને પ્લાસ્ટિક દૂર કરવા માટે વિવિધ પદ્ધતિઓ દ્વારા ઘટકોને અલગ કરવામાં આવે છે, જેમ કે સ્ક્રીનિંગ, ચાળણીથી ગાળણ, હાથથી વીણવું તથા ચુંબકીય, ભીની અને બેલિસ્ટિક વિભાજન પદ્ધતિઓ. અનુવર્તી પ્રક્રિયાઓ, જેમ કે જલીય ધાતુકર્મીય ઉપચાર માટે ઇલેક્ટ્રોડની સામગ્રીઓને અલગ કરવી જરૂરી છે.
તાપવિઘટન
તાપવિઘટન પ્રક્રિયા માટે, કતરેલી બેટરીઓને ભઠ્ઠીમાં પ્રગાળવામાં આવે છે, જ્યાં ધાતુમળ બનાવતા કારક તરીકે ચૂનાનો પથ્થર ઉમેરવામાં આવે છે.
જલતાપીય પ્રક્રિયાઓ
ક્ષારોને ધાતુઓના સ્વરૂપમાં અવક્ષેપિત કરવા માટે જલીય ધાતુકર્મીય પ્રક્રિયા અમ્લીય પ્રતિક્રિયાઓ પર આધારિત છે. સામાન્ય જલીય ધાતુકર્મીય પ્રક્રિયાઓમાં નિક્ષાલન, અવક્ષેપન, આયન વિનિમય, દ્રાવક નિષ્કર્ષણ અને જલીય દ્રાવણોના વિદ્યુતવિભાજનનો સમાવેશ થાય છે.
જલતાપીય પ્રક્રિયાનો ફાયદો એ છે કે Ni અને Co ની ક્ષારોના સ્વરૂપમાં પુનઃપ્રાપ્તિની ઉપજ +95% જેટલી ઊંચી હોય છે, Li નું +90% અવક્ષેપિત કરી શકાય છે અને બાકીનાની +80% સુધી પુનઃપ્રાપ્તિ કરી શકાય છે.
ખાસ કરીને કોબાલ્ટ, ઊંચી ઊર્જા અને શક્તિની જરૂરિયાતવાળા ઉપયોગો માટે લિથિયમ-આયન બેટરીના કેથોડમાં એક અત્યંત મહત્ત્વનો ઘટક છે.
Toyota Prius જેવી વર્તમાન હાઇબ્રિડ કારોમાં નિકલ મેટલ હાઇડ્રાઇડ બેટરીઓ વપરાય છે, જેમને Li-ion બેટરીઓની જેમ જ ખોલીને તેમના ભાગો છૂટા પાડવામાં આવે છે, ડિસ્ચાર્જ કરવામાં આવે છે અને તેમનું પુનઃચક્રણ કરવામાં આવે છે.
સાહિત્ય/સંદર્ભો
- 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.
પ્રયોગશાળા અને બેન્ચ-ટોપથી લઈને ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન સુધી શક્તિશાળી સોનિકેશન.
