Hielscher अल्ट्रासाउंड प्रौद्योगिकी

लिथियम आयन बैटरी के रीसाइक्लिंग के लिए Ultrasonics

  • इलेक्ट्रिक कारों में उपयोग की जाने वाली लिथियम-आयन बैटरी अब बड़े पैमाने पर बाजार में आ रही हैं और इसके साथ, रीसाइक्लिंग क्षमताओं को विकसित किया जाना चाहिए।
  • अल्ट्रासोनिक लीचिंग ली-आयन बैटरी से ली, एमजी, सह, नी आदि जैसे धातुओं को पुनर्प्राप्त करने के लिए एक कुशल, पर्यावरणीय अनुकूल तकनीक है।
  • लीचिंग अनुप्रयोगों के लिए Hielscher के औद्योगिक अल्ट्रासोनिक सिस्टम विश्वसनीय और मजबूत हैं और मौजूदा रीसाइक्लिंग संयंत्रों में आसानी से एकीकृत किया जा सकता है।

लिथियम आयन बैटरी का रीसाइक्लिंग

लिथियम आयन बैटरी व्यापक रूप से बिजली के वाहनों (EV), लैपटॉप और सेल फोन में उपयोग किया जाता है। इसका मतलब यह है कि खर्च लिथियम आयन बैटरी अपशिष्ट प्रबंधन और रीसाइक्लिंग के बारे में एक मौजूदा चुनौती है. बैटरी EVs के लिए एक प्रमुख लागत ड्राइवर हैं, और उनके निपटान महंगा है, भी है. पर्यावरण और किफायती पहलुओं एक बंद रीसाइक्लिंग पाश के लिए धक्का के बाद से बैटरी अपशिष्ट मूल्यवान सामग्री शामिल हैं और निर्माण लिथियम आयन बैटरी के कार्बन पदचिह्न को कम करने में मदद करता है.
दुर्लभ-पृथ्वी धातुओं और अन्य बैटरी घटकों की भविष्य की उपलब्धता सुनिश्चित करने और खनन की पर्यावरणीय लागत को कम करने के लिए ली-आयन बैटरी का पुनर्चक्रण एक समृद्ध उद्योग क्षेत्र में बढ़ रहा है।

औद्योगिक अल्ट्रासोनिक लीचिंग

अल्ट्रासोनिक लीचिंग और धातु निष्कर्षण लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड बैटरी (जैसे लैपटॉप, स्मार्टफोन इत्यादि) के साथ-साथ जटिल लिथियम-निकल-मैंगनीज-कोबाल्ट बैटरी (उदाहरण के लिए इलेक्ट्रिक वाहनों) की रीसाइक्लिंग प्रक्रियाओं पर भी लागू किया जा सकता है।
Cavitation produced by Hielscher's UIP1000hdT with cascatrode हाई पावर अल्ट्रासाउंड बड़े पैमाने पर स्थानांतरण में सुधार करने और रासायनिक प्रतिक्रियाओं को शुरू करने के लिए रासायनिक तरल पदार्थ और स्लरी को संसाधित करने की अपनी क्षमता के लिए जाना जाता है।
बिजली ultrasonication के तीव्र प्रभाव ध्वनिक cavitation की घटना पर आधारित हैं। तरल पदार्थ / स्लरी में उच्च शक्ति अल्ट्रासाउंड जोड़कर, तरल पदार्थ में वैकल्पिक कम दबाव और उच्च दबाव तरंगें छोटे वैक्यूम बुलबुले उत्पन्न करती हैं। छोटे वैक्यूम वॉयड्स इम्प्लोड के हिंसक होने तक विभिन्न कम दबाव / उच्च दबाव चक्रों में बढ़ते हैं। ढहने वाले वैक्यूम बुलबुले को माइक्रोप्रैक्टर के रूप में माना जा सकता है जिसमें 5000K तक का तापमान, 1000 एटीएम तक के दबाव, और 10 से ऊपर हीटिंग और शीतलन दर-10 पाए जाते हैं। इसके अलावा, 280 मीटर / एस वेग के साथ मजबूत हाइड्रोडायनेमिक कतरनी-बल और तरल जेट उत्पन्न होते हैं। ध्वनिक पोकेशन की ये चरम स्थितियां अन्यथा ठंड तरल पदार्थों में असाधारण शारीरिक और रासायनिक परिस्थितियां बनाती हैं और रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए एक फायदेमंद वातावरण बनाती हैं (sonochemistry)।

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

48 किलोवाट अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर
धातुओं के लीचिंग जैसे अनुप्रयोगों की मांग के लिए

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स्पेंट ली-आयन बैटरी के रीसाइक्लिंग में अल्ट्रासोनिक लीचिंग। (बड़ा करने के लिए क्लिक करें!)

थका हुआ बैटरी अपशिष्ट से धातुओं का अल्ट्रासोनिक लीचिंग।

अल्ट्रासोनिक रूप से जेनरेटेड पोकेशन सोल्यूट्स के थर्मोलिसिस के साथ-साथ अत्यधिक प्रतिक्रियाशील कणों और अभिकर्मकों के गठन को प्रेरित कर सकता है, जैसे फ्री रेडिकल, हाइड्रोक्साइड आयनों (• ओएच,) हाइड्रोनियम (एच3ओ +) आदि, जो तरल में असाधारण प्रतिक्रियाशील स्थितियां प्रदान करते हैं ताकि प्रतिक्रिया दर में काफी वृद्धि हो। कण जैसे ठोस तरल जेटों द्वारा त्वरित होते हैं और अंतर-सतह टकराव और घर्षण सक्रिय सतह क्षेत्र में वृद्धि और इस प्रकार बड़े पैमाने पर स्थानांतरण को बढ़ाते हैं।
अल्ट्रासोनिक लीचिंग और धातु वसूली का बड़ा लाभ आयाम, दबाव और तापमान जैसे प्रक्रिया मानकों पर सटीक नियंत्रण है। ये पैरामीटर प्रक्रिया माध्यम और लक्षित आउटपुट पर प्रतिक्रिया की स्थिति को समायोजित करने की अनुमति देते हैं। इसके अलावा, अल्ट्रासोनिक लीचिंग सूक्ष्म संरचनाओं को संरक्षित करते समय, सब्सट्रेट से सबसे छोटे धातु कणों को हटा देती है। बढ़ी हुई धातु वसूली अत्यधिक प्रतिक्रियाशील सतहों, प्रतिक्रिया दर में वृद्धि, और बेहतर जन परिवहन के अल्ट्रासोनिक निर्माण के कारण है। Sonication प्रक्रियाओं को प्रत्येक पैरामीटर को प्रभावित करके अनुकूलित किया जा सकता है और इसलिए न केवल बहुत प्रभावी बल्कि अत्यधिक ऊर्जा कुशल भी हैं।
इसका सटीक पैरामीटर नियंत्रण और ऊर्जा दक्षता अनुकूल और उत्कृष्ट तकनीक को अल्ट्रासोनिक लीचिंग बनाती है – खासकर जब जटिल एसिड लीचिंग और चेलेशन तकनीकों की तुलना में।

लीकोओ की अल्ट्रासोनिक रिकवरी2 लिथियम-आयन बैटरियों से

अल्ट्रासोनिकेशन रेडक्टिव लीचिंग और रासायनिक वर्षा की सहायता करता है, जिसका प्रयोग ली के रूप में ली को पुनर्प्राप्त करने के लिए किया जाता है2सीओ3 और सह के रूप में सह (ओएच)2 अपशिष्ट लिथियम आयन बैटरी से।
झांग एट अल। (2014) लीकोओ की सफल वसूली की रिपोर्ट करें2 एक अल्ट्रासोनिक रिएक्टर का उपयोग कर। 600 एमएल के शुरुआती समाधान को तैयार करने के लिए, उन्होंने 10 जी अवैध लीकोओ रखा2 एक बीकर में पाउडर और लीओएच समाधान के 2.0 एमओएल / एल जोड़ा, जो मिश्रित थे।
मिश्रण अल्ट्रासोनिक विकिरण में डाला गया था और हलचल डिवाइस शुरू हुआ, हलचल डिवाइस प्रतिक्रिया कंटेनर के इंटीरियर में रखा गया था। यह 120◦ सी, और फिर गर्म किया गया था अल्ट्रासोनिक उपकरण 800W पर सेट किया गया था और कार्रवाई के अल्ट्रासोनिक मोड को 5 सेकंड के स्पंदित ड्यूटी चक्रों पर सेट किया गया था। चालू / 2sec। बंद। अल्ट्रासोनिक विकिरण 6h के लिए लागू किया गया था, और फिर प्रतिक्रिया मिश्रण कमरे के तापमान में ठंडा किया गया। ठोस अवशेष डीओनिनाइज्ड पानी के साथ कई बार धोया गया था और लगातार वजन तक 80◦C पर सूख गया था। प्राप्त नमूना बाद के परीक्षण और बैटरी उत्पादन के लिए एकत्र किया गया था। पहले चक्र में चार्ज क्षमता 134.2 एमएएच / जी है और निर्वहन क्षमता 133.5 एमएएच / जी है। पहली बार चार्ज और डिस्चार्ज दक्षता 99.5% थी। 40 चक्रों के बाद, निर्वहन क्षमता अभी भी 132.9 एमएएच / जी है। (झांग एट अल। 2014)

Ultrasonically लीकोओ 2 क्रिस्टल पुनर्प्राप्त। (बड़ा करने के लिए क्लिक करें!)

(ए) और बाद में (बी) अल्ट्रासाउंड उपचार 120hC पर 6h के लिए प्रयुक्त लीकोओ 2 क्रिस्टल। स्रोत: झांग एट अल। 2014

साइट्रिक एसिड जैसे कार्बनिक एसिड के साथ अल्ट्रासोनिक लीचिंग न केवल प्रभावी बल्कि पर्यावरणीय रूप से अनुकूल है। शोध में पाया गया कि सह और ली का लीचिंग अकार्बनिक एसिड एच के मुकाबले साइट्रिक एसिड के साथ अधिक कुशल है2इसलिए4 और एचसीएल। खर्च किए गए लिथियम-आयन बैटरी से 96% से अधिक सह और लगभग 100% ली वसूल किए गए थे। तथ्य यह है कि साइट्रिक एसिड जैसे कि साइट्रिक एसिड और एसिटिक एसिड सस्ती और बायोडिग्रेडेबल हैं, जो sonication के आगे आर्थिक और पर्यावरणीय फायदे में योगदान देते हैं।

हाई पावर औद्योगिक अल्ट्रासोनिक्स

UIP4000hdT - Hielscher's 4kW high-performance ultrasonic system Hielscher Ultrasonics अत्यधिक कुशल और विश्वसनीय अल्ट्रासोनिक सिस्टम के लिए आपका दीर्घकालिक सप्लायर है, जो अपशिष्ट पदार्थों से धातुओं को छिड़कने के लिए आवश्यक शक्ति प्रदान करता है। कोबाल्ट, लिथियम, निकल और मैंगनीज जैसे धातुओं को निकालने से ली-आयन बैटरी को पुन: प्रसंस्करण करने के लिए, शक्तिशाली और मजबूत अल्ट्रासोनिक सिस्टम आवश्यक हैं। Hielscher Ultrasonics’ जैसे औद्योगिक इकाइयां यूआईपी 4000hdT (4 किलोवाट), यूआईपी 10000 (10 किलोवाट) तथा यूआईपी 16000 (16 किलोवाट) बाजार पर सबसे शक्तिशाली और मजबूत उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासाउंड सिस्टम हैं। हमारी सभी औद्योगिक इकाइयों को लगातार 24/7 ऑपरेशन में 200μm तक के उच्च आयामों के साथ चलाया जा सकता है। यहां तक ​​कि उच्च आयामों के लिए, अनुकूलित अल्ट्रासोनिक sonotrodes उपलब्ध हैं। Hielscher के अल्ट्रासोनिक उपकरण की मजबूती भारी कर्तव्य और वातावरण की मांग में 24/7 ऑपरेशन के लिए अनुमति देता है। Hielscher भी उच्च तापमान, दबाव और संक्षारक तरल पदार्थ के लिए विशेष sonotrodes और रिएक्टरों की आपूर्ति करता है। यह हमारे औद्योगिक अल्ट्रासोनिकेटर को निकालने वाली धातु विज्ञान तकनीकों के लिए उपयुक्त बनाता है, उदाहरण के लिए हाइड्रोमेटेलर्जिकल उपचार।

नीचे दी गई तालिका आपको हमारे अल्ट्रासोनिकटर की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:

बैच वॉल्यूम प्रवाह की दर अनुशंसित उपकरणों
0.1 से 20 एल 0.2 से 4 एल / मिनट UIP2000hdT
10 से 100 एल 2 से 10 एल / मिनट UIP4000
एन.ए. 10 से 100 एल / मिनट UIP16000
एन.ए. बड़ा के समूह UIP16000

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यदि आप अल्ट्रासोनिक होमोजनाइज़ेशन के बारे में अतिरिक्त जानकारी का अनुरोध करना चाहते हैं, तो कृपया नीचे दिए गए फॉर्म का उपयोग करें। हम आपको अपनी आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए एक अल्ट्रासोनिक सिस्टम की पेशकश करने में खुशी होगी।









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साहित्य / संदर्भ

  • गोलमोहमज्जादे आर, रश्ची एफ।, वाहिदी ई। (2017): कार्बनिक एसिड का उपयोग करके लिथियम-आयन बैटरी से लिथियम और कोबाल्ट की वसूली: प्रक्रिया अनुकूलन और गतिशील पहलुओं। अपशिष्ट प्रबंधन 64, 2017. 244-254।
  • शिन एस-एम .; ली डी-डब्ल्यू .; वांग जे.-पी। (2018): लीनियो से निकल नैनोसाइज्ड पाउडर का निर्माण2 स्पेस लिथियम-आयन बैटरी से। धातु 8, 2018।
  • झांग जेड, हे डब्ल्यू, ली जी, ज़िया जे, हू एच।, हुआंग जे। (2014): लीकोओ की अल्ट्रासाउंड-सहायता हाइड्रोथर्मल नवीनीकरण2 लिथियम-आयन बैटरियों के कैथोड से। इंट। जे इलेक्ट्रोकम। विज्ञान, 9 (2014)। 3691-3700।
  • झांग जेड, हे डब्ल्यू, ली जी, ज़िया जे।, हू एच।, हुआंग जे।, शेंगबो जेड (2014): कैथोड ऑफ़ स्पेंट लिथियम-आयन बैटरियों से लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड सामग्री की वसूली। ईसीएस इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री पत्र, 3 (6), 2014. ए 58-ए 61।


जानने के योग्य तथ्य

लिथियम आयन बैटरी

लिथियम-आयन बैटरियां (एलआईबी) (रिचार्जेबल) बैटरी के लिए सामूहिक टर्म है जो उच्च ऊर्जा घनत्व प्रदान करती है और अक्सर इलेक्ट्रॉनिक कारों, हाइब्रिड कार, लैपटॉप, सेल फोन, आईपॉड इत्यादि जैसे उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स में एकीकृत होती है .. इसकी तुलना में समान आकार और क्षमता वाले रिचार्जेबल बैटरी के अन्य प्रकार, एलआईबी काफी हल्के हैं।
डिस्पोजेबल लिथियम प्राथमिक बैटरी के विपरीत, एक एलआईबी धातु लिथियम के बजाय इलेक्ट्रोड के रूप में इंटरकेलेटेड लिथियम यौगिक का उपयोग करता है। लिथियम-आयन बैटरी के प्रमुख घटक इसके इलेक्ट्रोड हैं – एनोड और कैथोड – और इलेक्ट्रोलाइट।
अधिकांश कोशिकाएं इलेक्ट्रोलाइट, विभाजक, फोइल और आवरण के मामले में सामान्य घटकों को साझा करती हैं। सेल प्रौद्योगिकियों के बीच बड़ा अंतर सामग्री का उपयोग किया जाता है “सक्रिय सामग्री” जैसे कैथोड और एनोड। ग्रेफाइट एनोड के रूप में सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली सामग्री है, जबकि कैथोड स्तरित लीमोओ 2 (एम = एमएन, सह, और नी) से बना है, स्पिनल लीएमएन2हे4, या ओलिवाइन LiFePO4। इलेक्ट्रोलाइट कार्बनिक तरल इलेक्ट्रोलाइट्स (उदाहरण के लिए, कार्बनिक सॉल्वैंट्स, जैसे एथिलीन कार्बोनेट (ईसी), डाइमिथाइल कार्बोनेट (डीएमसी), डायथिल कार्बोनेट (डीईसी), एथिल मिथाइल कार्बोनेट (ईएमसी) इत्यादि के मिश्रण में भंग लीपएफ 6 नमक) के लिए अनुमति देता है आयनिक आंदोलन
सकारात्मक (कैथोड) और नकारात्मक (एनोड) इलेक्ट्रोड सामग्री के आधार पर, एलआईबी की ऊर्जा घनत्व और वोल्टेज क्रमशः भिन्न होता है।
जब बिजली के वाहनों में उपयोग किया जाता है, अक्सर बिजली-वाहन बैटरी (ईवीबी) या ट्रैक्शन बैटरी का उपयोग किया जाता है। इस तरह की कर्षण बैटरी फोर्कलिफ्ट, इलेक्ट्रिक गोल्फ कार्ट, फर्श स्क्रबर, इलेक्ट्रिक मोटरसाइकिल, इलेक्ट्रिक कार, ट्रक, वैन और अन्य इलेक्ट्रिक वाहनों में उपयोग की जाती है।

स्पेंट ली-आयन बैटरी से धातु रीसाइक्लिंग

अन्य प्रकार की बैटरी की तुलना में अक्सर लीड या कैडमियम होता है, ली-आयन बैटरियों में कम विषाक्त धातु होती है और इसलिए पर्यावरण-अनुकूल माना जाता है। हालांकि, ली-आयन बैटरी खर्च करने की विशाल मात्रा, जिसे इलेक्ट्रिक कारों से बिताए गए बैटरी के रूप में निपटाया जाना होगा, एक अपशिष्ट समस्या पेश करें। इसलिए, ली-आयन बैटरी का एक बंद रीसाइक्लिंग लूप आवश्यक है। एक आर्थिक दृष्टि से, लौह, तांबे, निकल, कोबाल्ट और लिथियम जैसे धातु तत्वों को पुनर्प्राप्त किया जा सकता है और नई बैटरी के उत्पादन में पुन: उपयोग किया जा सकता है। रीसाइक्लिंग भी भविष्य की कमी को रोक सकता है।
यद्यपि उच्च निकल लोडिंग वाली बैटरी बाजार में आ रही हैं, लेकिन बिना कोबाल्ट के बैटरी बनाना संभव नहीं है। उच्च निकल सामग्री लागत पर आती है: बढ़ी हुई निकल सामग्री के साथ, बैटरी की स्थिरता में कमी आई है और इस प्रकार इसका चक्र जीवन और तेजी से चार्ज करने की क्षमता कम हो जाती है।

ली-आयन बैटरी की बढ़ती मांग। स्रोत: ड्यूश बैंक

ली-आयन बैटरी की बढ़ती मांग अपशिष्ट बैटरी के लिए रीसाइक्लिंग क्षमताओं में वृद्धि का अनुरोध करती है।

रीसाइक्लिंग प्रक्रिया

टेस्ला रोडस्टर जैसे इलेक्ट्रिक वाहनों की बैटरी का अनुमानित जीवनकाल 10 साल है।
थका हुआ ली-आयन बैटरी का रीसाइक्लिंग एक मांग प्रक्रिया है क्योंकि उच्च वोल्टेज और खतरनाक रसायनों में शामिल हैं, जो थर्मल रनवे, विद्युत सदमे और खतरनाक पदार्थों के उत्सर्जन के जोखिम के साथ आता है।
एक बंद लूप रीसाइक्लिंग स्थापित करने के लिए, प्रत्येक रासायनिक बंधन और सभी तत्वों को उनके अलग-अलग अंशों में अलग किया जाना चाहिए। हालांकि, इस तरह के बंद लूप रीसाइक्लिंग के लिए आवश्यक ऊर्जा बहुत महंगा है। वसूली के लिए सबसे मूल्यवान सामग्री नी, को, क्यू, ली इत्यादि जैसी धातुएं हैं क्योंकि महंगी खनन और धातु के घटकों की उच्च बाजार कीमतें रीसाइक्लिंग को आर्थिक रूप से आकर्षक बनाती हैं।
ली-आयन बैटरी की रीसाइक्लिंग प्रक्रिया बैटरियों को हटाने और निर्वहन से शुरू होती है। बैटरी खोलने से पहले, बैटरी में रसायनों को निष्क्रिय करने के लिए एक निष्क्रियता की आवश्यकता होती है। उत्थान क्रायोजेनिक ठंड या नियंत्रित ऑक्सीकरण द्वारा प्राप्त किया जा सकता है। बैटरी के आकार के आधार पर, बैटरी को नष्ट कर दिया जा सकता है और सेल को अलग किया जा सकता है। विघटन और कुचल के बाद, इलेक्ट्रोड पाउडर से सेल केसिंग, एल्यूमीनियम, तांबे और प्लास्टिक को हटाने के लिए घटकों को कई तरीकों से अलग किया जाता है (उदाहरण के लिए स्क्रीनिंग, सिलाई, हाथ उठाकर, चुंबकीय, गीला, और बैलिस्टिक अलगाव)। डाउनस्ट्रीम प्रक्रियाओं के लिए इलेक्ट्रोड सामग्री को अलग करना आवश्यक है, उदाहरण के लिए हाइड्रोमेटेलर्जिकल उपचार।
pyrolysis
पायरोलाइटिक प्रसंस्करण के लिए, कटे हुए बैटरी को भट्ठी में गले लगाया जाता है जहां चूना पत्थर को स्लैग-फॉर्मिंग एजेंट के रूप में जोड़ा जाता है।

हाइड्रोथर्मल प्रक्रियाएं
हाइड्रोमेटेलर्जिकल प्रोसेसिंग धातुओं के रूप में लवण को दूर करने के लिए एसिड प्रतिक्रियाओं पर आधारित होती है। विशिष्ट हाइड्रोमेटेलर्जिकल प्रक्रियाओं में लीचिंग, वर्षा, आयन एक्सचेंज, विलायक निष्कर्षण और जलीय समाधान के इलेक्ट्रोलिसिस शामिल हैं।
हाइड्रोथर्मल प्रसंस्करण का लाभ नमक और सह के 95% की उच्च वसूली उपज है, इसलिए ली का 9 0% उपजाऊ हो सकता है, और बाकी को 80% तक वसूल किया जा सकता है।

विशेष रूप से कोबाल्ट उच्च ऊर्जा और बिजली अनुप्रयोगों के लिए लिथियम-आयन बैटरी कैथोड में एक महत्वपूर्ण घटक है।
टोयोटा प्रियस जैसी वर्तमान हाइब्रिड कारें निकल धातु हाइड्राइड बैटरी का उपयोग करती हैं, जिन्हें ली-आयन बैटरी के समान तरीके से हटा दिया जाता है, हटाया जाता है और रीसाइक्लिंग किया जाता है।

Hielscher Ultrasonics उच्च प्रदर्शन ultrasonicators बनाती है।

प्रयोगशाला और बेंच टॉप से ​​औद्योगिक उत्पादन के लिए शक्तिशाली ध्वनि