इलेक्ट्रोड रीसाइक्लिंग – अल्ट्रासोनिक Delamination के साथ अत्यधिक कुशल

इलेक्ट्रोड के अल्ट्रासोनिक delamination इस तरह के लिथियम, निकल, मैंगनीज, कोबाल्ट आदि के रूप में सक्रिय सामग्री को ठीक करने के लिए सेकंड के भीतर अनुमति देता है। इस प्रकार, अल्ट्रासोनिक इलेक्ट्रोड delamination बैटरी से पुन: प्रयोज्य सामग्री की वसूली तेजी से, हरे रंग, और काफी कम ऊर्जा गहन बनाता है। अनुसंधान ने पहले ही साबित कर दिया है कि अल्ट्रासोनिक delamination पारंपरिक रीसाइक्लिंग तकनीकों की तुलना में 100 गुना तेज हो सकता है।

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

Ultrasonically-electrosited delamination एक तेजी से, कुशल, और सक्रिय सामग्री और पन्नी को ठीक करने के लिए स्थायी दृष्टिकोण प्रदान करता है। इलेक्ट्रोड के ये हिस्से मूल्यवान सामग्री हैं, जिन्हें नई बैटरी के निर्माण के लिए फिर से उपयोग किया जा सकता है। अल्ट्रासोनिक delamination न केवल काफी अधिक ऊर्जा-कुशल hydrometallurgical और pyrometallurgical रीसाइक्लिंग प्रक्रियाओं की तुलना में है, वे भी उच्च शुद्धता की सामग्री में उपज।

बैटरी रीसाइक्लिंग: इलेक्ट्रोड पृथक्करण और Delamination

लिथियम आयन बैटरी (LIB) रीसाइक्लिंग का उद्देश्य मूल्यवान सामग्रियों को पुनर्प्राप्त करना है। इलेक्ट्रोड में लिथियम, निकल, मैंगनीज, कोबाल्ट आदि जैसे कीमती और दुर्लभ सामग्री होती है, जिसे निरंतर अल्ट्रासोनिक डीलैमिनेशन प्रक्रिया का उपयोग करके कुशलतापूर्वक पुनर्प्राप्त किया जा सकता है। अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर एक जांच (sonotrode) के साथ सुसज्जित तीव्र amplitudes बना सकते हैं। आयाम अल्ट्रासाउंड तरंगों को तरल माध्यम (जैसे, विलायक स्नान) में प्रसारित करता 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 एक आकार तक नहीं पहुंच जाते हैं जिस पर वे किसी भी आगे की ऊर्जा को अवशोषित नहीं कर सकते हैं। इस बिंदु पर, बुलबुले हिंसक रूप से implode. बुलबुला implosion 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-घने वातावरण उत्पन्न करता है।
Ultrasonically प्रेरित बुलबुला implosion की इस घटना ध्वनिक cavitation जाना जाता है. ध्वनिक cavitation के प्रभाव पन्नी वर्तमान कलेक्टर, जो समग्र फिल्म के साथ दोनों पक्षों पर लेपित है से सक्रिय सामग्री की समग्र फिल्म को हटाने. सक्रिय सामग्री में ज्यादातर लिथियम मैंगनीज ऑक्साइड (एलएमओ) और लिथियम निकल मैंगनीज कोबाल्ट ऑक्साइड (LiNiMnCoO2 या NMC) पाउडर के साथ-साथ प्रवाहकीय additive के रूप में कार्बन ब्लैक का मिश्रण होता है।
अल्ट्रासोनिक delamination का तंत्र भौतिक बलों पर आधारित है, जो आणविक बंधन 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 के अल्ट्रासोनिक delamination तेजी से, पर्यावरण के अनुकूल है, और काफी कम ऊर्जा गहन है।

स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) अल्ट्रासोनिक delamination पर इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री के लिए रूपात्मक परिवर्तन दिखा छवियों. सभी छवियों को 5000x आवर्धन और 10 केवी उत्तेजना ऊर्जा पर लिया गया था। a) कैथोड सामग्री पूर्व delamination, ख) delaminated कैथोड सक्रिय सामग्री, सी) एनोड सामग्री पूर्व delamination और डी) delaminated 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 बाइंडर और / या सक्रिय सामग्री को भंग करने के लिए किया जाता है। प्रक्रिया डिजाइन और प्रवाह सामग्री वसूली के अंतिम परिणाम को काफी प्रभावित करते हैं। पारंपरिक बैटरी रीसाइक्लिंग प्रक्रिया में बैटरी मॉड्यूल का श्रेडिंग शामिल है। हालांकि, कटा हुआ घटकों को अलग-अलग घटकों में अलग करना मुश्किल है। इसे कटे हुए द्रव्यमान से सक्रिय / मूल्यवान सामग्री प्राप्त करने के लिए जटिल प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है। पुनर्प्राप्त 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 को पुनः प्राप्त करने में जटिल प्रक्रियाएं, कठोर सॉल्वैंट्स शामिल हैं और इसलिए महंगा है। अल्ट्रासोनिक leaching सफलतापूर्वक तेज करने के लिए और कटा हुआ लिथियम आयन बैटरी से सक्रिय सामग्री वसूली के परिणामों को बढ़ाने के लिए प्रयोग किया जाता है।
पारंपरिक श्रेडिंग के लिए एक वैकल्पिक प्रक्रिया के रूप में, इलेक्ट्रोड पृथक्करण को प्रभावी बैटरी रीसाइक्लिंग प्रक्रिया के रूप में दिखाया गया है जो प्राप्त सामग्रियों की शुद्धता में काफी सुधार कर सकता है। इलेक्ट्रोड पृथक्करण प्रक्रिया के लिए, बैटरी को इसके प्रमुख घटकों में विभाजित किया जाता है। चूंकि इलेक्ट्रोड में मूल्यवान सामग्री का सबसे बड़ा हिस्सा होता है, इसलिए इलेक्ट्रोड को लेपित पन्नी या वर्तमान कलेक्टर से सक्रिय सामग्री (लिथियम, निकल, मैंगनीज, कोबाल्ट ...) को भंग करने के लिए रासायनिक रूप से अलग और इलाज किया जाता है। Ultrasonication अच्छी तरह से ध्वनिक cavitation के कारण अपने तीव्र प्रभाव के लिए जाना जाता है। sonomechanical बलों पर्याप्त दोलन और कतरनी लागू करने के लिए सक्रिय सामग्री है, जो पन्नी पर स्तरित कर रहे हैं को हटाने के लिए. (एक लेपित पन्नी की संरचना एक सैंडविच के समान है, केंद्र में पन्नी और सक्रिय सामग्री परत ने बाहरी सतह का निर्माण किया।
इलेक्ट्रोड पृथक्करण श्रेडिंग की तुलना में अधिक व्यवहार्य विकल्प बना देगा, जब स्वायत्त विघटन के साथ संयोजन के रूप में उपयोग किया जाता है, तो शुद्ध अपशिष्ट धाराओं और आपूर्ति में अधिक मूल्य प्रतिधारण की अनुमति देता है

अल्ट्रासोनिक Sonotrodes इलेक्ट्रोड Delamination के लिए

इलेक्ट्रोड पन्नी से सक्रिय सामग्री को हटाने के लिए आवश्यक आयाम प्रदान करने वाले विशेष sonotrodes आसानी से उपलब्ध हैं। जैसा कि ध्वनिक cavitation की तीव्रता sonotrode और इलेक्ट्रोड के बीच बढ़ती दूरी के साथ कम हो जाती है, sonotrode और इलेक्ट्रोड के बीच एक लगातार एक समान दूरी अनुकूल 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 एक व्यापक चौड़ाई की पेशकश विशेष sonotrodes के साथ, Hielscher Ultrasonics इलेक्ट्रिक वाहनों से इलेक्ट्रोड शीट के समान delamination के लिए एक कुशल समाधान प्रदान करता है। उदाहरण के लिए, पाउच सेल इलेक्ट्रिक वाहन (ईवी) बैटरी में उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रोड में आमतौर पर लगभग 20 सेमी की चौड़ाई होती है। एक ही चौड़ाई का एक sonotrode पूरे इलेक्ट्रोड सतह पर समान रूप से ध्वनिक cavitation संचारित करता है। इस प्रकार, सेकंड के भीतर सक्रिय सामग्री की परतों को विलायक में जारी किया जाता है और पाउडर में निकाला और शुद्ध किया जा सकता है। इस पाउडर को नई बैटरी के उत्पादन के लिए फिर से इस्तेमाल किया जा सकता है।
यूके के फैराडे इंस्टीट्यूशन की शोध टीम की रिपोर्ट है कि एलआईबी इलेक्ट्रोड से सक्रिय सामग्री परतों को हटाने को 10 सेकंड से भी कम समय में पूरा किया जा सकता है जब इलेक्ट्रोड सीधे एक उच्च शक्ति सोनोट्रोड (1000 से 2000 डब्ल्यू) के नीचे स्थित होता है, उदा। UIP1000hdT या UIP2000hdT). अल्ट्रासोनिक उपचार के दौरान सक्रिय सामग्री और वर्तमान कलेक्टरों के बीच चिपकने वाला बांड टूट जाता है ताकि बाद के शुद्धिकरण चरण में एक बरकरार वर्तमान कलेक्टर और पाउडर सक्रिय सामग्री को पुनर्प्राप्त किया जा सके।

के पीछे की ओर 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 समाधान में delaminated किया गया था; कैथोड 0.1 M NaOH के एक समाधान में delaminated 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। नमूना आकार 3 सेमी x 3 सेमी था।
(अध्ययन और चित्र: लेई एट अल।

इलेक्ट्रोड Delamination के लिए Ultrasonicators

Hielscher Ultrasonics डिजाइन, विनिर्माण और उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर, जो 20kHz रेंज में काम वितरित करता है। Hielscher Ultrasonics’ औद्योगिक ultrasonicators उच्च शक्ति अल्ट्रासाउंड प्रोसेसर जो अनुप्रयोगों की मांग के लिए बहुत उच्च amplitudes वितरित कर सकते हैं रहे हैं. 200μm तक के amplitudes आसानी से लगातार 24/7 आपरेशन में चलाया जा सकता है। यहां तक कि उच्च amplitudes के लिए, अनुकूलित अल्ट्रासोनिक sonotrodes उपलब्ध हैं। इलेक्ट्रोड की निरंतर delamination प्रक्रिया के लिए, Hielscher मानक के रूप में अच्छी तरह से अनुकूलित sonotrodes की एक श्रृंखला प्रदान करता है। sonotrode आकार को इलेक्ट्रोड सामग्री के आकार और चौड़ाई के लिए अनुकूलित किया जा सकता है, जिससे उच्च थ्रूपुट और बेहतर वसूली के लिए इष्टतम प्रक्रिया स्थितियों को लक्षित किया जा सकता है।

साहित्य/संदर्भ