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.
- Hielscher של תעשייתיים קולי מערכות עבור יישומים leaching הם אמינים וחזקים והוא יכול להשתלב בקלות לתוך מיחזור צמחים 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.
תעשייה
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).
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 מתרחש. יתר על כן, חזק גזירה הידרודינמית כוחות סילון נוזלי עם עד מהירות 280m / s נוצרים. תנאים קיצוניים אלה של cavitation אקוסטי ליצור תנאים פיזיים וכימיים יוצאי דופן נוזלים קר אחרים וליצור סביבה מועילה עבור תגובות כימיות (סונוכימיה).
48kW מעבד קולי
עבור יישומים תובעניים כגון שטיפת מתכות
שטיפה אולטרה-סגולה של מתכות מפסולת סוללה מותשת.
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)
גבישי LiCoO2 בשימוש לפני (א) ואחרי (ב) טיפול אולטראסאונד ב 120 מעלות צלזיוס במשך 6 שעות. מקור: Zhang et al. 2014
שטיפה Ultrasonic עם חומצות אורגניות כגון חומצה לימון הוא לא רק יעיל אלא גם ידידותי לסביבה. מחקר מצא כי שטיפת Co ו Li יעיל יותר עם חומצת לימון מאשר עם חומצות אנאורגניות ח2כך4 ו HCl. יותר מ 96% Co וכמעט 100% לי היו התאושש סוללות ליתיום יון. העובדה כי חומצות אורגניות כגון חומצת לימון וחומצה אצטית הם זולים מתכלה, תורמת נוספת יתרונות כלכליים וסביבתיים של sonication.
High-Ultrasonic אלקטרוניקה
Hielscher Ultrasonics הוא הספק שלך מנוסים במשך זמן רב עבור מערכות אולטרה סאונד יעיל ואמין, אשר מספקים את הכוח הנדרש כדי ליץ מתכות מחומרי פסולת. על מנת לעבד מחדש סוללות ליתיום יון על ידי חילוץ מתכות כגון קובלט, ליתיום, ניקל, מנגן, חזק וחזק מערכות קולי הם חיוניים. אולטרסוניקה’ יחידות תעשייתיות כגון UIP4000hdT (4 כ"ס), UIP10000 (10kW) ו UIP16000 (16kW) הם החזקים ביותר חזקים ביצועים גבוהים אולטרסאונד מערכות בשוק. כל היחידות התעשייתיות שלנו ניתן להפעיל ברציפות עם אמפליטודות גבוהות מאוד של עד 200μm בפעולה 24/7. עבור amplitudes אפילו יותר, sonotrodes קולי מותאמים אישית זמינים. החוסן של ציוד אולטרסוני של Hielscher מאפשר פעולה 24/7 ב כבד חובה בסביבות תובעניים. Hielscher מספקת sonotrodes מיוחד כורים לטמפרטורות גבוהות, לחצים ונוזלים קורוזיביים, מדי. זה עושה ultrasonicators התעשייתי שלנו המתאים ביותר עבור טכניקות מטלורגיה חילוץ, למשל טיפולים הידרומטולוגיים.
הטבלה להלן נותן לך אינדיקציה של יכולת עיבוד משוער של ultrasonicators שלנו:
| נפח תצווה | קצב זרימה | התקנים מומלצים |
|---|---|---|
| 0.1 ל 20L | 0.2 ל 4 ליטר / דקה | UIP2000hdT |
| 10 עד 100 ליטר | 2 עד 10L / min | UIP4000 |
| N.A. | 10 עד 100L / min | UIP16000 |
| N.A. | יותר גדול | אשכול UIP16000 |
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.
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.
סוניקציה רבת עוצמה ממעבדה וספסל הדף לייצור תעשייתי.