इलेक्ट्रोड पुनर्चक्रण – अल्ट्रासोनिक Delamination के साथ अत्यधिक कुशल

इलेक्ट्रोड का अल्ट्रासोनिक प्रदूषण सेकंड के भीतर लिथियम, निकल, मैंगनीज, कोबाल्ट आदि जैसे सक्रिय सामग्री को पुनर्प्राप्त करने की अनुमति देता है। इस प्रकार, अल्ट्रासोनिक इलेक्ट्रोड प्रदूषण बैटरी से पुन: प्रयोज्य सामग्री की वसूली को तेज, हरा और काफी कम ऊर्जा-गहन बनाता है। अनुसंधान पहले ही साबित हो चुका है कि अल्ट्रासोनिक प्रदूषण पारंपरिक रीसाइक्लिंग तकनीकों की तुलना में 100 गुना तेज हो सकता है।

पावर अल्ट्रासाउंड इलेक्ट्रोड से सक्रिय सामग्री की वसूली में सुधार करता है

इलेक्ट्रोड के अल्ट्रासोनिक रूप से अवशोषित प्रदूषण सक्रिय सामग्री और पन्नी को पुनर्प्राप्त करने के लिए एक तेजी से, कुशल और टिकाऊ दृष्टिकोण प्रदान करता है। इलेक्ट्रोड के ये हिस्से मूल्यवान सामग्री हैं, जिन्हें नई बैटरी के निर्माण के लिए पुन: उपयोग किया जा सकता है। अल्ट्रासोनिक प्रदूषण न केवल हाइड्रोमेटलर्जिकल और पायरोमेटलर्जिकल रीसाइक्लिंग प्रक्रियाओं की तुलना में काफी अधिक ऊर्जा-कुशल है, वे उच्च शुद्धता की सामग्री में भी उपज देते हैं।

बैटरी रीसाइक्लिंग: इलेक्ट्रोड पृथक्करण और प्रदूषण

लिथियम आयन बैटरी (एलआईबी) रीसाइक्लिंग का उद्देश्य मूल्यवान सामग्रियों को पुनर्प्राप्त करना है। इलेक्ट्रोड में लिथियम, निकल, मैंगनीज, कोबाल्ट आदि जैसे कीमती और दुर्लभ सामग्री होते हैं, जिन्हें निरंतर अल्ट्रासोनिक प्रदूषण प्रक्रिया का उपयोग करके कुशलता से पुनर्प्राप्त किया जा सकता है। एक जांच (सोनोट्रोड) से लैस अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर तीव्र आयाम बना सकते हैं। आयाम अल्ट्रासाउंड तरंगों को तरल माध्यम (जैसे, विलायक स्नान) में पहुंचाता है, जहां बारी-बारी से उच्च दबाव / कम दबाव चक्रों के कारण मिनट वैक्यूम बुलबुले उत्पन्न होते हैं। ये वैक्यूम बुलबुले कुछ चक्रों में बढ़ते हैं, जब तक कि वे उस आकार तक नहीं पहुंच जाते जिस पर वे किसी और ऊर्जा को अवशोषित नहीं कर सकते। इस बिंदु पर, बुलबुले हिंसक रूप से फटते हैं। बुलबुला प्रत्यारोपण स्थानीय रूप से 280m/s वेग, तीव्र अशांति, बहुत उच्च तापमान (लगभग 5,000K), दबाव (लगभग 2,000atm) और तदनुसार तापमान और दबाव अंतर के तरल जेट के साथ एक अत्यधिक ऊर्जा-घना वातावरण उत्पन्न करता है।
अल्ट्रासोनिक रूप से प्रेरित बुलबुला प्रत्यारोपण की इस घटना को ध्वनिक गुहिकायन कहा जाता है। ध्वनिक गुहिकायन के प्रभाव पन्नी वर्तमान कलेक्टर से सक्रिय सामग्री की समग्र फिल्म को हटा देते हैं, जो समग्र फिल्म के साथ दोनों तरफ लेपित होता है। सक्रिय सामग्री में ज्यादातर लिथियम मैंगनीज ऑक्साइड (एलएमओ) और लिथियम निकल मैंगनीज कोबाल्ट ऑक्साइड (लीनिमएनसीओ 2 या एनएमसी) पाउडर के साथ-साथ कार्बन ब्लैक का मिश्रण प्रवाहकीय योजक के रूप में होता है।
अल्ट्रासोनिक प्रदूषण का तंत्र भौतिक बलों पर आधारित है, जो आणविक बंधनों को तोड़ने में सक्षम हैं। पावर-अल्ट्रासाउंड की तीव्रता के कारण अक्सर हल्के सॉल्वैंट्स पन्नी या वर्तमान कलेक्टर से सक्रिय सामग्री की परतों को हटाने के लिए पर्याप्त होते हैं। इस प्रकार, इलेक्ट्रोड का अल्ट्रासोनिक प्रदूषण तेज, पर्यावरण के अनुकूल और काफी कम ऊर्जा-गहन है।

स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसईएम) छवियों अल्ट्रासोनिक प्रदूषण पर इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री के लिए रूपात्मक परिवर्तन दिखा रहा है। सभी छवियों को 5000x आवर्धन और 10 केवी उत्तेजना ऊर्जा पर लिया गया था। ए) कैथोड सामग्री पूर्व-प्रदूषण, बी) डिलेमिनेटेड कैथोड सक्रिय सामग्री, सी) एनोड सामग्री पूर्व-प्रदूषण और डी) डिलेमिनेटेड एनोड सामग्री।
(अध्ययन और चित्र: लेई एट अल।

बैटरी श्रेडिंग बनाम इलेक्ट्रोड पृथक्करण

सक्रिय सामग्री की वसूली के लिए या तो जलीय या कार्बनिक सॉल्वैंट्स का उपयोग धातु की पन्नी, बहुलक बांधने की मशीन और/या सक्रिय सामग्री को भंग करने के लिए किया जाता है। प्रक्रिया डिजाइन और प्रवाह सामग्री वसूली के अंतिम परिणाम को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करते हैं। पारंपरिक बैटरी रीसाइक्लिंग प्रक्रिया में बैटरी मॉड्यूल की कतरन शामिल है। हालांकि, कटा हुआ घटकों को अलग-अलग घटकों में अलग करना मुश्किल है। कटा हुआ द्रव्यमान से सक्रिय/मूल्यवान सामग्री प्राप्त करने के लिए जटिल प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है। बरामद सक्रिय सामग्रियों का पुन: उपयोग करने के लिए, शुद्धता की एक निश्चित डिग्री की आवश्यकता होती है। कटा हुआ बैटरी थोक से अत्यधिक शुद्ध सामग्री प्राप्त करने में जटिल प्रक्रियाएं, कठोर सॉल्वैंट्स शामिल हैं और इसलिए महंगा है। अल्ट्रासोनिक लीचिंग का उपयोग कटा हुआ लिथियम आयन बैटरी से सक्रिय सामग्री वसूली के परिणामों को तेज करने और बढ़ाने के लिए सफलतापूर्वक किया जाता है।
पारंपरिक कतरन के लिए एक वैकल्पिक प्रक्रिया के रूप में, इलेक्ट्रोड जुदाई को प्रभावोत्पादक बैटरी रीसाइक्लिंग प्रक्रिया के रूप में दिखाया गया है जो प्राप्त सामग्री की शुद्धता में काफी सुधार कर सकता है। इलेक्ट्रोड पृथक्करण प्रक्रिया के लिए, बैटरी को इसके प्रमुख घटकों में अलग किया जाता है। चूंकि इलेक्ट्रोड में मूल्यवान सामग्री का सबसे बड़ा हिस्सा होता है, इसलिए इलेक्ट्रोड को अलग किया जाता है और लेपित पन्नी या वर्तमान कलेक्टर से सक्रिय सामग्री (लिथियम, निकल, मैंगनीज, कोबाल्ट ...) को भंग करने के लिए रासायनिक रूप से इलाज किया जाता है। अल्ट्रासोनिकेशन ध्वनिक गुहिकायन के कारण होने वाले अपने तीव्र प्रभावों के लिए अच्छी तरह से जाना जाता है। सोनोमैकेनिकल बल सक्रिय सामग्रियों को हटाने के लिए पर्याप्त दोलन और कतरनी लागू करते हैं, जो पन्नी पर स्तरित होते हैं। (एक लेपित पन्नी की संरचना एक सैंडविच के समान है, केंद्र में पन्नी और सक्रिय सामग्री परत बाहरी सतह का निर्माण करती है।
इलेक्ट्रोड पृथक्करण श्रेडिंग की तुलना में अधिक व्यवहार्य विकल्प बना देगा, जब स्वायत्त डिस्सेप्लर के साथ संयोजन के रूप में उपयोग किया जाता है, जिससे शुद्ध अपशिष्ट धाराओं और आपूर्ति में अधिक मूल्य प्रतिधारण की अनुमति मिलती है

इलेक्ट्रोड प्रदूषण के लिए अल्ट्रासोनिक sonotrodes

इलेक्ट्रोड पन्नी से सक्रिय सामग्री को हटाने के लिए आवश्यक आयाम देने वाले विशेष सोनोरोड्स आसानी से उपलब्ध हैं। चूंकि ध्वनिक गुहिकायन की तीव्रता सोनोट्रोड और इलेक्ट्रोड के बीच बढ़ती दूरी के साथ कम हो जाती है, सोनोट्रोड और इलेक्ट्रोड के बीच लगातार समान दूरी अनुकूल होती है। इसका मतलब है, इलेक्ट्रोड शीट को सोनोट्रोड टिप के नीचे बारीकी से ले जाया जाना चाहिए, जहां दबाव तरंगें मजबूत होती हैं और गुहिकायन घनत्व अधिक होता है। मानक बेलनाकार अल्ट्रासोनिक जांच की तुलना में व्यापक चौड़ाई की पेशकश करने वाले विशेष सोनोरोड्स के साथ, Hielscher Ultrasonics इलेक्ट्रिक वाहनों से इलेक्ट्रोड शीट के समान प्रदूषण के लिए एक कुशल समाधान प्रदान करता है। उदाहरण के लिए, पाउच सेल इलेक्ट्रिक वाहन (ईवी) बैटरी में उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रोड की चौड़ाई आमतौर पर लगभग 20 सेमी होती है। एक ही चौड़ाई का एक सोनोट्रोड ध्वनिक गुहिकायन को पूरे इलेक्ट्रोड सतह पर समान रूप से प्रसारित करता है। इस प्रकार, सेकंड के भीतर सक्रिय सामग्री की परतों को विलायक में छोड़ दिया जाता है और पाउडर में निकाला और शुद्ध किया जा सकता है। इस पाउडर को नई बैटरी के उत्पादन के लिए पुन: उपयोग किया जा सकता है।
यूके के फैराडे इंस्टीट्यूशन की शोध टीम की रिपोर्ट है कि एलआईबी इलेक्ट्रोड से सक्रिय सामग्री परतों को हटाने से 10 सेकंड से भी कम समय में पूरा किया जा सकता है जब इलेक्ट्रोड सीधे उच्च शक्ति सोनोट्रोड (1000 से 2000 डब्ल्यू, उदा। UIP1000hdT नहीं तो यूआईपी2000एचडीटी). अल्ट्रासोनिक उपचार के दौरान, सक्रिय सामग्री और वर्तमान कलेक्टरों के बीच चिपकने वाला बंधन टूट जाता है ताकि बाद के शुद्धिकरण चरण में एक बरकरार वर्तमान कलेक्टर और पाउडर सक्रिय सामग्री को पुनर्प्राप्त किया जा सके।

पीछे की तरफ अल्ट्रासाउंड के प्रभाव को दिखाने वाली छवियां: ए) लिथियम आयन बैटरी एनोड शीट, और बी) लिथियम आयन बैटरी कैथोड शीट। एनोड को 0.05 एम साइट्रिक एसिड के घोल में नीलामीकृत किया गया था; कैथोड को 0.1 M NaOH के घोल में नीलामीकृत किया गया था। सोनोट्रोड व्यास में 20 मिमी था, जिसमें 120 डब्ल्यू / सेमी 2 बिजली की तीव्रता 3 सेकंड के लिए लागू होती है, सोनोट्रोड से 2.5 मिमी दूर होती है। नमूना आकार 3 सेमी x 3 सेमी था।
(अध्ययन और चित्र: लेई एट अल।

इलेक्ट्रोड प्रदूषण के लिए अल्ट्रासोनिकेटर

Hielscher Ultrasonics उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर डिजाइन, निर्माण और वितरित करता है, जो 20kHz रेंज में काम करता है। Hielscher Ultrasonics’ औद्योगिक अल्ट्रासोनिकेटर उच्च शक्ति वाले अल्ट्रासाउंड प्रोसेसर हैं जो मांग वाले अनुप्रयोगों के लिए बहुत अधिक आयाम प्रदान कर सकते हैं। 200μm तक के आयाम आसानी से 24/7 ऑपरेशन में लगातार चलाए जा सकते हैं। यहां तक कि उच्च आयामों के लिए, अनुकूलित अल्ट्रासोनिक sonotrodes उपलब्ध हैं। इलेक्ट्रोड की निरंतर प्रदूषण प्रक्रिया के लिए, Hielscher मानक के साथ-साथ अनुकूलित sonotrodes की एक श्रृंखला प्रदान करता है। सोनोट्रोड आकार को इलेक्ट्रोड सामग्री के आकार और चौड़ाई के अनुकूल बनाया जा सकता है, जिससे उच्च थ्रूपुट और बेहतर वसूली के लिए इष्टतम प्रक्रिया की स्थिति को लक्षित किया जा सकता है।

साहित्य/सन्दर्भ