אולטרסאונד מייעל את מיחזור סוללות הליתיום-יון

ליתיום הוא חומר נדיר ובעל ערך רב הקיים בסוללות בעלות ביצועים גבוהים, כגון סוללות Li-ion. ליתיום הוא החומר היקר ביותר שמתאושש במחזור סוללות Li-ion, אך גם מינרלים ומתכות אחרות כגון קובלט, מנגן, ניקל, נחושת ואלומיניום הן מתכות יקרות ערך להתאוששות. אולטרסוניקציה בעוצמה גבוהה משמשת כטכניקת תסיסה ושטיפה בגזירה גבוהה כדי לחלץ, להסיר ולהמיס מינרלים ומתכות יקרי ערך מסוללות משומשות. שיטת הסוניקציה יעילה ביותר, חסכונית באנרגיה וזמינה להתקנה במתקני מיחזור מסחריים מלאים.

סקירה כללית: תהליך מיחזור סוללות Li-Ion

תהליך המיחזור של מתכות יקרות וחומרים מסוללות Li-ion משומשות כולל בדרך כלל מספר שלבים. להלן סקירה כללית:

1. איסוף ומיון: סוללות Li-ion משומשות נאספות וממוינות על פי סוגיהן והכימאים שלהן.
2. פירוקראשית, מכסה הפלסטיק של הסוללה נשבר ומוסר.: לאחר מכן, הסוללה העירומה מוכנסת לחנקן נוזלי על מנת לנטרל חומרים תגובתיים ונפיצים. שלב זה מוודא כי שחרור פתאומי של כל האנרגיה המאוחסנת ואת ההצתה והפיצוץ הבאים הקשורים נמנעים. לאחר מכן, הסוללות מפורקות כדי להפריד בין הרכיבים השונים, כגון הקתודה, האנודה, האלקטרוליט והמעטפת.
3. גיזום: הסוללות המפורקות נגרסות לחתיכות קטנות יותר כדי להגדיל את שטח הפנים לתהליכים הבאים.
4. אלקטרודה delamination: לפני הטיפול במיצוי מתכות, יש לפרק עוד יותר את האלקטרודות המבודדות, כלומר קתודה ואנודה. מכיוון שהחומר הקתודה מודבק בדרך כלל לרדיד אלומיניום על ידי חומר מקשר, בדרך כלל פוליווינילידן פלואוריד (PVDF) או פוליטטרה-פלואוראתילן (PTFE), קשה להסיר קתודה ורדיד אלומיניום זה מזה.
5. טיפול כימי: רכיבי הסוללה הגרוסים עוברים טיפולים כימיים שונים כדי להמיס ולהפריד בין החומרים השונים. זה עשוי לכלול שטיפה עם חומצה או ממיסים אחרים כדי לחלץ מתכות יקרות ערך כמו ליתיום, קובלט, ניקל ונחושת.
6. החלמה וטיהור: המתכות המומסות מוחזרים מהתמיסה באמצעות תהליכים כמו משקעים, מיצוי ממס או שיטות אלקטרוכימיות. צעדים אלה מסייעים לטהר ולרכז את המתכות היקרות.

שחזור מתכות יקרות משופר על ידי סוניקציה

אולטרסאונד כוח יכול לשפר את השלבים של delamination אלקטרודות ושטיפה של מתכות יקרות וחומרים על ידי הגברת התגובות, ובכך להפוך את תהליך ההתאוששות באופן משמעותי יותר. אולטרה-סוניקציה, זוהי טכניקה המשתמשת בגלי אולטרסאונד בעוצמה גבוהה כדי ליצור תנודות מכניות וקוויטציה אקוסטית בתווך נוזלי. הכוחות החזקים של ultrasonication משמשים כדי לשפר את תהליך המיחזור של מתכות יקרות מסוללות Li-ion משומש בכמה דרכים:
 

1. התפוררות: אולטרה-סוניקציה מפרקת את חומרי הסוללה הגרוסים כך שנוצרים חלקיקים קטנים יותר. חלקיקים קטנים יותר מציעים שטח פנים גבוה יותר מה שהופך את הזליגה הכימית ליעילה יותר, ומסייע בשחרור של מתכות יקרות.
2. שטיפה משופרת: היישום של ultrasonication במהלך תהליכי שטיפה יכול לשפר את הקשר בין החומר מוצק לבין פתרון שטיפה, להגדיל את היעילות של מיצוי מתכת. שטיפה קולית מקדמת את מיצוי המתכות ומגדילה את התשואה של מתכות ומינרלים משוחזרים כגון קובלט, מנגן, ניקל, נחושת ואלומיניום.
3. דלימינציה משופרת של אלקטרודות: המטרה של דלמינציה של אלקטרודות במהלך מחזור סוללות היא להפריד בין הרכיבים השונים, כגון אלקטרודות, אלקטרוליטים ומפרידים, כך שניתן יהיה להמשיך לעבד אותם או למחזר אותם בנפרד. אולטרסוניקציה מסייעת לניתוק והסרה של ציפויים מהאלקטרודה. כוחות סונומכניים מקדמים הפרדה יעילה של שכבות האלקטרודות.
4. תגובות מואצות: אולטרה-סוניקציה מקדמת ערבוב מהיר ויסודי יותר, שיכול להאיץ תגובות כימיות במהלך שלבי התאוששות וטיהור מתכות.
5. צריכת אנרגיה מופחתת: אולטרה-סוניקציה יכולה לשפר את יעילות התהליך, להפחית את הזמן והאנרגיה הדרושים להתאוששות מתכת מסוללות משומשות.

 
Ultrasonication יכול לשחק תפקיד מועיל בשיפור תהליך המיחזור של מתכות יקרות וחומרים מסוללות Li-ion משומש על ידי הגדלת האפקטיביות והיעילות של צעדים שונים המעורבים בתהליך המיחזור.
שלבי התהליך של שטיפת מתכת קולית ודלמינציה של אלקטרודות יכולים להיות מותאמים לתהליכי מיחזור בודדים, אשר יכולים להשתנות כאשר חברות המתמחות במיחזור סוללות Li-ion מפתחות ומשנות את התהליכים שלהן ליעילות הגבוהה ביותר.

קביטציה קולית להפרדה קתודה

Ultrasonication מפריד חומרים קתודה רדיד אלומיניום על ידי ההשפעות של cavitation אקוסטי. קוויטציה אקוסטית או קולית נקבעת על ידי לחצים גבוהים מקומיים, טמפרטורות גבוהות והירידות הבאות שלהם וכתוצאה מכך הפרשי לחץ וטמפרטורה בהתאמה, כמו גם מיקרו-מערבולות אינטנסיביות ומיקרו-סילונים בעלי גזירה גבוהה. כוחות קוויטציוניים אלה משפיעים על גבולות פני השטח, מקדמים העברת מסה וגורמים לסחיפה. יצירת כוחות אינטנסיביים כאלה של טבע כימי, פיזי, תרמי ומכני, קוויטציה קולית יוצרת את התסיסה הנדרשת והעברת מסה כדי לשבור את מבנה הקלסר האורגני המשמש סוללות ליתיום-יון כדי לקבע את הקתודה לאספן / רדיד אלומיניום.
בעוד תסיסה מכנית כגון ערבוב בלבד אינה מספיקה כדי לנתק את החומר הקתודה ביעילות מרדיד האלומיניום, אולטרה-סוניקציה בעוצמה גבוהה מספקת את האנרגיה הסונוכימית והסונומכנית הנדרשת כדי להסיר את החומר הקתודה לחלוטין מהקולטים. בניגוד לערבוב מכני, קוויטציה על-קולית יוצרת מערבולות עזות, טמפרטורות ולחצים גבוהים מקומיים, כמו גם תסיסה, זרימה וסילונים נוזליים, המפרקים את הקלסר, למשל PVDF או PTFE, המחברים את הקתודה לרדיד אל, ושוחקים את פני השטח של שניהם, קתודה ורדיד אל. בכך, הקלסר בין שני החומרים נהרס כראוי וקתודה ורדיד אלומיניום מופרדים ביעילות.
לדוגמה, הפרדה על-קולית מביאה ליעילות גבוהה של הסרת קתודה של 99% באמצעות N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) כממס ב-70°C (הספק על-קולי של 240 ואט, וזמן עיבוד על-קולי של 90 דקות). מכיוון שהפרדת קתודה קולית מפזרת את החומר באופן שווה ומונעת אגרולומרטים גדולים יותר, תהליך שטיפת המתכת הבא מתאפשר.
קרא עוד על delamination אלקטרודות קולי על מנת לשחזר חומרים פעילים יריעות אספן הנוכחי!

שטיפה קולית של מינרלים

ההשפעות הקוויטציוניות העל-קוליות שתוארו לעיל מקדמות גם את שטיפת המתכות מסוללות משומשות. אולטרסוניקציה בעוצמה גבוהה משמשת לא רק לשחזור מינרלים במחזור סוללות, אלא משמשת לעתים קרובות גם בהידרומטלורגיה ושטיפה של עפרות יקרות (למשל זנבות כרייה). הטמפרטורות, הלחצים וכוחות הגזירה המקומיים הגבוהים מגבירים את שטיפת המתכת ומגבירים את יעילות השטיפה באופן משמעותי. בעוד שבנקודות החמות של הקוויטציה מתרחשות טמפרטורות מקומיות קיצוניות מאוד של עד 1000 K, תנאי השטיפה הכוללים דורשים טמפרטורה מתונה בלבד של כ. 50-60 מעלות צלזיוס. זה הופך את התאוששות מתכת קולי אנרגיה יעיל וחסכוני.
שטיפה קולית של מינרלים מסוללות Li-ion משומשות מאופיינת בשיעורי התאוששות ויעילות גבוהים. לדוגמה, חומצה גופרתית (H2SO4) שימשה בהצלחה כחומר שטיפה בנוכחות מי חמצן (H2O2) במהלך התאוששות מינרלית על-קולית מהקתודה. שטיפה על-קולית עם חומצה גופרתית הביאה לשיעורי התאוששות של 94.63% עבור קובלט, ו-98.62% עבור ליתיום, בהתאמה.
שטיפה קולית עם חומצת לימון אורגנית (C6H8O7· H2O) מביא להתאוששות גבוהה מאוד של נחושת וליתיום, קבלת 96% נחושת וכמעט 100% ליתיום מסוללות Li-ion משומשות.

פשוט ובטוח: סקייל-אפ על-קולי מבדיקות היתכנות למיחזור תעשייתי

ציוד על-קולי בעל ביצועים גבוהים למיחזור סוללות Li-ion זמין בקלות להתקנה על ספסל, טייס ותעשייה. מכיוון שהפרדת קתודה על-קולית ושטיפה על-קולית של מינרלים מסוללות משומשות הם כבר תהליכים מבוססים, התהליך החל מניסויים ראשונים, אופטימיזציה לדרישות התהליך הספציפיות שלך והתקנת מערכת הפרדה קולית תעשייתית מלאה ו / או שטיפה הוא מהיר ופשוט.
קרא עוד על היתרונות של שטיפה קולית למחזור סוללות בר קיימא וכרייה עירונית!

Ultrasonicators ביצועים גבוהים למיחזור סוללות

Hielscher Ultrasonics מספק ultrasonicators ביצועים גבוהים בכל גודל וקיבולת. עם UIP16000 (16kW), Hielscher מייצרת את המעבד הקולי החזק ביותר בעולם. UIP16000, כמו גם כל מערכות קוליות תעשייתיות אחרות יכול להיות אשכולות בקלות ליכולת העיבוד הנדרשת. כל Ultrasonicators Hielscher בנויים לפעולה 24/7 תחת עומס מלא בסביבות תובעניות.
Hielscher Ultrasonics’ מעבדים קוליים תעשייתיים יכולים לספק אמפליטודות גבוהות מאוד. אמפליטודות של עד 200μm ניתנות להפעלה רציפה בקלות בפעולה 24/7. עבור אמפליטודות גבוהות עוד יותר, sonotrodes קולי מותאם אישית זמינים.

בדיקות קוליות וכורי סונו לכל נפח

טווח המוצרים של Hielscher Ultrasonics מכסה את הספקטרום המלא של מעבדים קוליים, החל מאולטרסוניקטורים מעבדה קומפקטיים מעל מערכות ספסל ופיילוט ועד מעבדים קוליים תעשייתיים לחלוטין עם היכולת לעבד מטענים לשעה. מגוון המוצרים המלא מאפשר לנו להציע לך את הציוד האולטרסוני המתאים ביותר ליישום שלך, קיבולת התהליך ויעדי הייצור שלך.

אמפליטודות ניתנות לשליטה מדויקת לקבלת תוצאות מיטביות

כל המעבדים קוליים Hielscher ניתנים לשליטה מדויקת ובכך סוסי עבודה אמינים R&D וייצור. המשרעת היא אחד הפרמטרים המכריעים בתהליך המשפיעים על היעילות והאפקטיביות של תגובות המושרות סונוכימית וסונומכנית. כל Hielscher Ultrasonics’ מעבדים מאפשרים הגדרה מדויקת של המשרעת. סונוטרודים וקרניים מאיצים הם אביזרים המאפשרים לשנות את המשרעת בטווח רחב עוד יותר. המעבדים האולטרסוניים התעשייתיים של Hielscher יכולים לספק אמפליטודות גבוהות מאוד ולספק את העוצמה הקולית הנדרשת עבור יישומים תובעניים. אמפליטודות של עד 200μm ניתנות להפעלה רציפה בקלות בפעולה 24/7.
הגדרות משרעת מדויקות וניטור קבוע של פרמטרי התהליך העל-קולי באמצעות תוכנה חכמה מעניקים לך את האפשרות להפריד קתודה מרדיד אלומיניום, כמו גם לבודד מינרלים ומתכות מסוללות Li-ion משומשות בתנאים העל-קוליים היעילים ביותר. סוניקציה אופטימלית למיחזור סוללות Li-ion היעיל ביותר!
החוסן של Hielscher ultrssonicators מאפשר פעולה 24/7 במשימות כבדות ובסביבות תובעניות. זה עושה Hielscher sonicators הם כלי עבודה אמין למלא את דרישות תהליך המיחזור שלך.

האיכות הגבוהה ביותר – עוצב ויוצר בגרמניה

כעסק בבעלות משפחתית ומשפחתית, Hielscher מתעדף את תקני האיכות הגבוהים ביותר עבור המעבדים העל-קוליים שלה. כל האולטרה-סוניקטורים מתוכננים, מיוצרים ונבדקים ביסודיות במטה שלנו בטלטאו ליד ברלין, גרמניה. חוסן ואמינות של ציוד קולי של Hielscher להפוך אותו סוס עבודה הייצור שלך. פעולה 24/7 תחת עומס מלא ובסביבות תובעניות היא מאפיין טבעי של בדיקות קוליות ביצועים גבוהים של Hielscher וכורים.

הטבלה הבאה נותנת לך אינדיקציה ליכולת העיבוד המשוערת של האולטרסאונד שלנו:

עובדות שכדאי לדעת

מהן סוללות ליתיום-יון?

סוללת ליתיום-יון, גם סוללת ליתיום-יון, היא סוג של סוללה נטענת. בהשוואה לסוללות מבוססות עופרת וניקל, התקני ליתיום-יון משתמשים בקתודה, אנודה ואלקטרוליט כמוליך.
כמו כל הסוללות, סוללות Li-ion מאחסנות אנרגיה כימית, אשר מומרת לאחר מכן לאנרגיה חשמלית על מנת לספק מטען חשמלי סטטי לחשמל.
סוללות ליתיום-יון משמשות בדרך כלל לאלקטרוניקה ניידת כגון מחשבים ניידים, טלפונים חכמים וכן כלי רכב חשמליים. היישום של סוללות Li-ion מעורר גם עניין גובר מצד הצבא וחברות תעופה וחלל.