Ultrasonics עבור מיחזור של סוללות ליתיום יון

  • סוללות ליתיום יון המשמשים מכוניות חשמליות רק עכשיו מגיע לשוק המונית עם זאת, יכולות מיחזור חייב להיות מפותח.
  • שטיפה Ultrasonic הוא יעיל, ידידותי לסביבה טכניקה להתאושש מתכות כגון לי, Mg, Co, Ni וכו 'מ סוללות ליתיום יון.
  • מערכות קוליות תעשייתיות Hielscher עבור יישומי שטיפה הם אמינים וחזקים וניתן לשלב בקלות במפעלי מיחזור קיימים.

מיחזור סוללות ליתיום-יון

סוללות ליתיום יון משמשות באופן נרחב כלי רכב חשמליים (EV), מחשבים נישאים וטלפונים סלולריים. משמעות הדבר היא כי בילו סוללות ליתיום יון הם אתגר הנוכחי בנוגע לניהול פסולת ומיחזור. הסוללות הן הנהג עלות מרכזי עבור EVs, ולרשותם יקר גם. היבטים סביבתיים וכלכליים לדחוף לולאה מיחזור סגור מאז פסולת הסוללה מכיל חומרים יקרי ערך ומסייע להפחית את טביעת הפחמן של ייצור סוללות ליתיום-יון.
מיחזור של סוללות ליתיום יון גדל למגזר התעשייה משגשגת על מנת להבטיח את הזמינות העתידית של מתכות הארץ נדיר רכיבים הסוללה אחרים כדי להפחית את עלויות הסביבה של כרייה.

בקשת מידע





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

48kW מעבד קולי
עבור יישומים תובעניים כגון שטיפת מתכות

מיחזור פירומטלורגי והידרומטלורגי לעומת מיחזור סוללות אולטראסוני

להלן, אנו משווים את השיטות המקובלות של תהליכים פירומטלורגיים והידרומטלורגיים עם טכניקת שטיפה קולית לגבי יתרונות וחסרונות.

החסרונות של מיחזור סוללות קונבנציונלי

שיטות מסורתיות המשמשות למחזור סוללות ליתיום-יון כוללות תהליכים פירומטלורגיים והידרומטלורגיים.
 
שיטות פירומטלורגיות כרוך בתהליכים בטמפרטורה גבוהה כגון התכה או שריפה. הסוללות חשופות לחום קיצוני, הגורם לרכיבים האורגניים להישרף, והרכיבים המתכתיים הנותרים מותכים ומופרדים. עם זאת, שיטות אלה יש כמה חסרונות:

  • השפעה על הסביבה: תהליכים פירומטלורגיים משחררים פליטות ומזהמים מזיקים לאטמוספירה, תורמים לזיהום אוויר ועלולים לגרום לסכנות בריאותיות.
  • אובדן חומרים: תהליכים בטמפרטורה גבוהה עלולים לגרום לאובדן של חומרים ומתכות יקרי ערך עקב השפלה תרמית, מה שמקטין את קצב ההתאוששות הכולל.
  • עתיר אנרגיה: שיטות אלה דורשות בדרך כלל תשומות אנרגיה משמעותיות, המגדילות את עלויות התפעול ואת טביעת הרגל הסביבתית.

 
שיטות הידרומטלורגיות כרוך בשטיפה כימית כדי להמיס את רכיבי הסוללה ולחלץ מתכות יקרות ערך. בעוד ידידותי יותר לסביבה מאשר שיטות pyrometallurgic, hydrometallurgy יש חסרונות משלה:

  • שימוש בכימיקלים: חומצות חזקות או כימיקלים קורוזיביים אחרים נחוצים לשטיפה, מה שמעלה חששות לגבי טיפול בכימיקלים, ניהול פסולת וזיהום סביבתי פוטנציאלי.
  • אתגרי הסלקטיביות: השגת שטיפה סלקטיבית של מתכות רצויות יכולה להיות קשה, מה שמוביל לשיעורי התאוששות נמוכים יותר ולאובדן פוטנציאלי של משאבים יקרים.

 

היתרונות של שטיפת סוללה אולטראסונית על פני טכניקות קונבנציונליות

בהשוואה לשניהם, טכניקות מיחזור פירומטלורגיות והידרומטלורגיות, טכניקת מיחזור סוללות קולית עולה על זו בשל יתרונות שונים:

  1. יעילות משופרת: סוניקציה על-קולית יכולה להאיץ את פירוק חומרי הסוללה, וכתוצאה מכך זמני עיבוד קצרים יותר ויעילות כוללת גבוהה יותר.
  2. שיפור בשיעורי ההתאוששות: היישום המבוקר של cavitation קולי משפר את התמוטטות של רכיבי הסוללה, להגדיל את שיעורי ההתאוששות של מתכות יקרות.
  3. ידידותי לסביבה: מיחזור על-קולי מפחית את ההסתמכות על טמפרטורות גבוהות וכימיקלים קשים, ממזער את ההשפעה על הסביבה ומפחית את פליטת המזהמים.
  4. שטיפה סלקטיבית: היישום המבוקר של אולטרסאונד מאפשר שיבוש ממוקד של רכיבים ספציפיים בתוך הסוללה, ומפריד ביניהם ביעילות. מכיוון שתרכובות סוללה שונות הניתנות למחזור מוסרות ומומסות בעוצמות על-קוליות ספציפיות, פרמטרי עיבוד אופטימליים מאפשרים שטיפה סלקטיבית של חומרים בודדים. זה מאפשר הפרדה יעילה של מתכות וחומרים יקרי ערך.
  5. צריכת אנרגיה מופחתת: בהשוואה לשניהם, שיטות הידרומטלורגיות ובמיוחד לשיטות פירומטלורגיות, מיחזור קולי הוא בדרך כלל חסכוני יותר באנרגיה, מה שמוביל לעלויות תפעול נמוכות יותר וטביעת רגל פחמנית מופחתת.
  6. מדרגיות וגמישות: ניתן להגדיל או להקטין בקלות מערכות אולטראסוניות כדי להתאים לגדלי סוללה ויכולות ייצור שונות. בנוסף, ניתן לשלב בקלות אולטרסאונד למיחזור סוללות במתקני מיחזור סוללות קיימים. זמינים בקני מידה שונים של הספק ואביזרים תואמים כגון בדיקות קוליות וכורי תאי זרימה, אולטרה-סוניקטורים יכולים להתמודד עם רכיבי סוללות בגדלים שונים וביכולות ייצור שונות, ומספקים מדרגיות ויכולת הסתגלות בתהליכי מיחזור.
  7. אינטגרציה סינרגטית: ניתן לשלב שטיפה קולית בקווי מחזור סוללות הידרומטלורגיים קיימים על מנת להגביר ולשפר את השטיפה ההידרומטלורגית של מתכות וחומרים יקרי ערך מסוללות Li-ion משומשות.

בסך הכל, מיחזור סוללות על-קולי מראה הבטחה כשיטה ידידותית יותר לסביבה, יעילה וסלקטיבית בהשוואה לגישות פירומטלורגיות והידרומטלורגיות מסורתיות.

 

ויטאציה רבת עוצמה בהיאלשר קקטרודה

ויטאציה רבת עוצמה בהיאלשר קקטרודה

 

בקשת מידע





שטיפה קולית תעשייתית להתאוששות מתכת מסוללות משומשות

אולטראסוניות שטיפה ומיצוי מתכת יכול להיות מיושם על תהליכי מיחזור של סוללות תחמוצת ליתיום קובלט (למשל ממחשבים ניידים, טלפונים חכמים, וכו ') כמו גם של סוללות ליתיום ניקל-מנגן קובלט מורכבים (למשל מ כלי רכב חשמליים).
כור קולי תעשייתי רב בדיקות להתאוששות מתכת מסוללות Li-ion משומשות. שטיפה אולטרסונית מעניקה תפוקות התאוששות גבוהות של ליתיום, קובלט, נחושת, אלומיניום וניקל.אולטרסאונד בעל הספק גבוה ידוע היטב ביכולתו לעבד נוזלים וכימיקלים כדי לשפר את העברת המונים וליזום תגובות כימיות.
ההשפעות האינטנסיביות של כוח ultrasonication מבוססים על התופעה של cavitation אקוסטי. על ידי צימוד אולטראסאונד מתח גבוה לתוך נוזלים / slurries, את הלחץ בלחץ נמוך וגבוה בלחץ נוזלים ליצור בועות ואקום קטנות. חללים ואקום קטן לגדול על שונים בלחץ נמוך / לחץ גבוה מחזורי עד להתפוצץ באלימות. בועות ואקום מתמוטטת יכול להיחשב microreactors שבו טמפרטורות של עד 5000K, לחצים של עד 1000atm, וחימום וקירור שיעורי מעל 10. עשר דקות להתרחש. יתר על כן, נוצרים כוחות גזירה הידרודינמיים חזקים וסילונים נוזליים במהירות של עד 280 מטר לשנייה. תנאים קיצוניים אלה של קוויטציה אקוסטית יוצרים תנאים פיזיקליים וכימיים יוצאי דופן בנוזלים קרים אחרת ויוצרים סביבה מועילה לתגובות כימיות (מה שנקרא סונוכימיה).

Ultrasonic שטיפת מיחזור של Li-Ion סוללות. (לחץ להגדלה!)

שטיפה אולטרה-סגולה של מתכות מפסולת סוללה מותשת.

אולטראסאונד שנוצר cavitation יכול לגרום תרמופוליזה של מומסים כמו גם היווצרות של רדיקלים תגובתי מאוד ריאגנטים, כגון רדיקלים חופשיים, יונים hydroxide (• OH,) hydronium (H3O +) וכו ', אשר מספקים תנאים תגובתי יוצא דופן בנוזל כך שיעור התגובה גדל באופן משמעותי. מוצקים כגון חלקיקים מואצים על ידי סילון נוזלי הם הסתובבו על ידי התנגשות interparticular שחיקה להגדיל את שטח פני השטח פעיל ובכך העברת המונית.
היתרון הגדול של שטיפה קולי ושיחזור מתכת הוא שליטה מדויקת על הפרמטרים תהליך כגון משרעת, לחץ וטמפרטורה. פרמטרים אלה מאפשרים להתאים את תנאי התגובה בדיוק את המדיום התהליך ואת הפלט ממוקד. יתר על כן, שטיפת קולי מסיר אפילו את החלקיקים הקטנים ביותר מתכת מן המצע, תוך שימור microstructures. התאוששות המתכת משופרת בשל יצירת קולי של משטחים תגובתי מאוד, שיעורי תגובה מוגברת, ושיפור המונית תחבורה. תהליכים Sonication יכול להיות מותאם על ידי השפעה על כל פרמטר ולכן הם לא רק יעיל מאוד, אלא גם חסכוני באנרגיה.
בקרת הפרמטר המדויק שלה יעילות אנרגיה להפוך את שטיפת קולי לטכניקה חיובית וטובה – במיוחד בהשוואה לחומצה מסובכת וטכניקות קלציה.

השחזור Ultrasonic של LiCoO2 מ ליתיום יון סוללות

Ultrasonication מסייע שטיפה רדוקטיבית ומשקעים כימיים, אשר משמשים להתאושש לי כמו לי2שיתוף3 ו Co Co (OH)2 מ סוללות ליתיום ליתיום.
ג'אנג ואחרים. (2014) לדווח על התאוששות מוצלחת של LiCoO2 באמצעות כור קולי. על מנת להכין את הפתרון ההתחלתי של 600mL, הם הניחו 10 גרם של LiCoO לא חוקיים2 אבקה בכוס והוסיף 2.0mol / L של פתרון LiOH, שהיו מעורבים.
התערובת נמזגה לתוך הקרנה קולי והמכשיר התחיל, המכשיר המניע הוצב בפנים של מיכל התגובה. זה היה מחומם ל 120 מעלות צלזיוס, ולאחר מכן את מכשיר אולטרה סאונד נקבע ל 800W ואת מצב קולי של פעולה נקבע מחזורי פעימה של 5 שניות. ON / 2sec. כבוי. קרינה קולי הוחל עבור 6h, ולאחר מכן תערובת התגובה מקורר לטמפרטורת החדר. שאריות מוצקות נשטף כמה פעמים עם מים deionized יבש ב 80 מעלות צלזיוס עד משקל קבוע. המדגם שהתקבל נאסף לבדיקות הבאות ייצור הסוללה. קיבולת הטעינה במחזור הראשון היא 134.2mAh / g ויכולת הפריקה היא 133.5mAh / g. הטעינה הראשונה והיעילות הייתה 99.5%. לאחר 40 מחזורים, כושר הפריקה עדיין 132.9mAh / g. (Zhang et al 2014)
 

אולטרסוניקציה מסוג Proby-type משפרת את השטיפה וההתאוששות של מתכות יקרות וחומרים מסוללות Li-ion משומשות. Hielscher Ultrasonics מספקת Ultrasonicators סוהר מוכן להתקנה לתוך מפעל מיחזור סוללות עבור תפוקות מיחזור משופרות.

השתמש גבישי LiCoO2 לפני (א) ואחרי (ב) טיפול אולטרסאונד ב 120◦C במשך 6 שעות.
מחקר ותמונות: ©Zhang et al. 2014

 
שטיפה קולית עם חומצות אורגניות כגון חומצת לימון היא לא רק יעילה, אלא גם ידידותית לסביבה. מחקרים מצאו כי שטיפה של Co ו- Li יעילה יותר עם חומצת לימון מאשר עם חומצות אנאורגניות H2SO4 ו- HCl. יותר מ-96% Co וכמעט 100% Li נמצאו מסוללות ליתיום-יון משומשות. העובדה שחומצות אורגניות כמו חומצת לימון וחומצה אצטית הן זולות ומתכלות, תורמת ליתרונות כלכליים וסביבתיים נוספים של סוניקציה.

אולטרסאונד תעשייתי בהספק גבוה לשטיפת מתכת מסוללות משומשות

UIP4000hdT - Hielscher's 4kW high-performance ultrasonic system Hielscher Ultrasonics הוא הספק המנוסה שלך במשך זמן רב עבור מערכות קוליות יעיל ואמין מאוד, אשר מספקים את הכוח הנדרש כדי leach מתכות מחומרי פסולת. על מנת לעבד מחדש סוללות Li-ion על ידי חילוץ מתכות כגון קובלט, ליתיום, ניקל ומנגן, מערכות קוליות חזקות וחזקות הן חיוניות. יחידות תעשייתיות של Hielscher Ultrasonics כגון UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), UIP10000 (10kW) ו- UIP16000 (16kW) הן מערכות האולטרסאונד החזקות והחזקות ביותר בשוק. ניתן להפעיל את כל היחידות התעשייתיות שלנו ברציפות עם אמפליטודות גבוהות מאוד של עד 200μm בפעולה 24/7. עבור אמפליטודות גבוהות עוד יותר, sonotrodes קולי מותאם אישית זמינים. החוסן של ציוד קולי Hielscher מאפשר פעולה 24/7 בתפקיד כבד בסביבות תובעניות. Hielscher מספקת sonotrodes מיוחדים כורים עבור טמפרטורות גבוהות, לחצים ונוזלים קורוזיביים, מדי. זה הופך את האולטרסאונד התעשייתי שלנו למתאים ביותר לטכניקות מטלורגיה מיצוי, למשל טיפולים הידרומטלורגיים.

הטבלה להלן נותן לך אינדיקציה של יכולת עיבוד משוער של ultrasonicators שלנו:

נפח תצווהקצב זרימההתקנים מומלצים
0.1 ל 20L0.2 ל 4 ליטר / דקהUIP2000hdT
10 עד 100 ליטר2 עד 10L / minUIP4000hdT
20 עד 200 ליטר4 עד 20 ליטר/דקהUIP6000hdT
N.A.10 עד 100L / minUIP16000
N.A.יותר גדולאשכול UIP16000

תיצור איתנו קשר! / שאל אותנו!

אנא השתמש בטופס להלן, אם אתה רוצה לבקש מידע נוסף על homogenization קולי. נשמח להציע לך מערכת קולי הפגישה הדרישות שלך.









הינכם מתבקשים לשים לב מדיניות פרטיות.




עובדות שראוי לדעת

בטריות ליתיום

סוללות ליתיום יון (LIB) הוא terme קולקטיבי עבור (נטענת) סוללות אשר מציעים צפיפות אנרגיה גבוהה משולבים לעתים קרובות מוצרי האלקטרוניקה כגון מכוניות אלקטרוניות, מכוניות היברידיות, מחשבים ניידים, טלפונים סלולריים, iPods, וכו '. לעומת וריאנטים אחרים של סוללות נטענות עם גודל קיבולת דומה, LIBs הם בהירים יותר.
שלא כמו סוללת ליתיום חד פעמי, LIB משתמשת מתחם ליתיום intercalated במקום ליתיום מתכתי כמו האלקטרודה שלה. המרכיבים העיקריים של סוללת ליתיום יון הם האלקטרודות שלה – אנודה וקתודה – ואת אלקטרוליט.
רוב התאים לשתף רכיבים משותפים במונחים של אלקטרוליט, מפריד, foils ומארז. ההבדל העיקרי בין טכנולוגיות תאים הוא החומר מנוצל “חומרים פעילים” כגון קתודה ואנודה. גרפיט הוא החומר הנפוץ ביותר כמו אנודה, בעוד הקתודה עשוי LiMO2 שכבתית (M = Mn, Co, ו ני), ספינל LiMn2הו4, או אוליבין LiFePO4. אלקטרוליטים נוזל אלקטרוליטי אורגני (למשל, מלח LiPF6 מומס בתערובת של ממיסים אורגניים, כגון אתילן פחמתי (EC), דימתיל קרבונט (DMC), פחמן דיאתיל (DEC), אתיל מתיל קרבונט (EMC), וכו ') מאפשר תנועה יונית.
בהתאם חיובי (קטודה) ושלילי (האנודה) חומרים אלקטרודה, צפיפות האנרגיה והמתח של LIBs להשתנות בהתאמה.
כאשר נעשה שימוש בכלי רכב חשמליים, לעתים קרובות סוללה לרכב חשמלי (EVB) או הסוללה המתיחה משמש. סוללות גרירה כאלה משמשים מלגזות, עגלות גולף חשמל, scrubbers הרצפה, אופנועים חשמליים, מכוניות חשמליות, משאיות, טנדרים, וכלי רכב חשמליים אחרים.

מיחזור מתכת מבודדים סוללות Li-Ion

בהשוואה לסוגים אחרים של סוללות המכילות לעתים קרובות עופרת או קדמיום, סוללות ליתיום יון מכילות מתכות פחות רעילות ולכן נחשבות ידידותיות לסביבה. עם זאת, כמות עצומה של סוללות ליתיום יון, אשר יהיה צורך להיפטר כמו סוללות בילה ממכוניות חשמליות, להציג בעיה בזבוז. לכן, לולאה סגורה מיחזור של סוללות ליתיום יון הוא הכרחי. מנקודת מבט כלכלית, אלמנטים מתכת כגון ברזל, נחושת, ניקל, קובלט, ליתיום ניתן לשחזר ולעשות בה שימוש חוזר בייצור של סוללות חדשות. מיחזור יכול למנוע מחסור בעתיד, יותר מדי.
למרות סוללות עם העמלות ניקל גבוה באים לשוק, לא ניתן לייצר סוללות ללא קובלט. התוכן ניקל גבוה מגיע במחיר: עם תוכן ניקל מוגברת, היציבות של הסוללה הוא ירד ובכך מחזור החיים שלה ואת היכולת של טעינה מהירה מופחתים.

גידול בביקוש לסוללות ליתיום. מקור: דויטשה בנק

הביקוש הגובר לסוללות ליתיום יון מבקש להגדיל את יכולות המיחזור של סוללות הפסולת.

תהליך מיחזור

סוללות של כלי רכב חשמליים כגון טסלה Roadster יש חיים משוער של 10 שנים.
מיחזור של סוללות Li-ion מותש הוא תהליך תובעני מאז מתח גבוה וכימיקלים מסוכנים מעורבים, אשר מגיע עם הסיכונים של בורח תרמית, הלם חשמלי פליטה של ​​חומרים מסוכנים.
על מנת להקים מיחזור לולאה סגור, כל קשר כימי וכל האלמנטים חייבים להיות מופרדים לשברים האישיים שלהם. עם זאת, האנרגיה הדרושה עבור מחזור כזה לולאה סגורה הם יקרים מאוד. החומרים החשובים ביותר עבור התאוששות הם מתכות כגון Ni, Co, Cu, Li, וכו 'מאז יקר הכרייה ואת מחירי השוק הגבוה של רכיבי מתכת להפוך את מיחזור אטרקטיבי מבחינה כלכלית.
תהליך המיחזור של סוללות ליתיום יון מתחיל בפירוק וסוללות הסוללות. לפני פתיחת הסוללה, נדרשת פסיבציה כדי להשבית את הכימיקלים בסוללה. פסיבציה יכולה להיות מושגת על ידי הקפאה cryogenic או חמצון מבוקר. בהתאם לגודל הסוללה, ניתן לפרק את הסוללות ולפרק אותן אל התא. לאחר פירוק ו ריסוק, המרכיבים מבודדים על ידי מספר שיטות (למשל, הקרנה, סנון, לקטוף יד, הפרדה מגנטית, רטובה, בליסטית) על מנת להסיר תרמילי תא, אלומיניום, נחושת ופלסטיק מאבקת האלקטרודה. ההפרדה של חומרים אלקטרודה יש ​​צורך בתהליכים במורד הזרם, כגון טיפול הידרומטורלגי.
פירוליזה
עבור עיבוד pyrolytic, סוללות מגורען הם התנפחו בכבשן שבו אבן גיר מתווסף כסוכן להרכיב סיגים.

תהליכים הידרותרמיים
עיבוד הידרו-מטאורגי מבוסס על תגובות חומציות על מנת לזרז את המלחים כמתכות. תהליכים הידרו-מטאורליים אופייניים כוללים שטיפה, משקעים, החלפת יונים, מיצוי ממס ואלקטרוליזה של תמיסות מימיות.
היתרון של עיבוד הידרותרמיות הוא תשואה גבוהה התאוששות של 95% של ניקל ו Co כמו מלחים, + 90% של לי יכול להיות זירז, והשאר ניתן לשחזר עד 80%.

במיוחד קובלט הוא מרכיב קריטי ליתיום יון cathodes הסוללה עבור אנרגיה גבוהה ויישומים כוח.
מכוניות היברידיות הנוכחי כגון טויוטה פריוס, להשתמש ניקל סוללות הידריד מתכת, אשר פורקו, משוחררים ממוחזרים באופן דומה סוללות ליתיום.

ספרות / הפניות

  • 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 מייצרת ביצועים גבוהים ultrasonicators.

סוניקציה רבת עוצמה ממעבדה וספסל הדף לייצור תעשייתי.

נשמח לדון בתהליך שלך.

בואו ניצור קשר.