लिथियम आयन बैटरी के पुनर्चक्रण के लिए अल्ट्रासोनिक्स

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

लिथियम-आयन बैटरियों का पुनर्चक्रण

लिथियम-आयन बैटरी का व्यापक रूप से इलेक्ट्रिक वाहनों (ईवी), लैपटॉप और सेल फोन में उपयोग किया जाता है। इसका मतलब है कि खर्च की गई लिथियम-आयन बैटरी अपशिष्ट प्रबंधन और रीसाइक्लिंग के संबंध में एक वर्तमान चुनौती है। ईवीएस के लिए बैटरी एक प्रमुख लागत चालक हैं, और उनका निपटान भी महंगा है। पर्यावरण और आर्थिक पहलू एक बंद रीसाइक्लिंग लूप के लिए धक्का देते हैं क्योंकि बैटरी कचरे में मूल्यवान सामग्री होती है और लिथियम-आयन बैटरी के निर्माण के कार्बन पदचिह्न को कम करने में मदद करती 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 संपन्न उद्योग क्षेत्र में बढ़ रहा है।

Pyrometallurgical और Hydrometallurgical पुनर्चक्रण बनाम अल्ट्रासोनिक बैटरी पुनर्चक्रण

नीचे, हम फायदे और कमियों के बारे में अल्ट्रासोनिक लीचिंग तकनीक के साथ पायरोमेटेलर्जिकल और हाइड्रोमेटलर्जिकल प्रक्रियाओं के पारंपरिक तरीकों की तुलना करते हैं।

पारंपरिक बैटरी रीसाइक्लिंग की कमियां

लिथियम-आयन बैटरी रीसाइक्लिंग के लिए उपयोग किए जाने वाले पारंपरिक तरीकों में पायरोमेटेलर्जिकल और हाइड्रोमेटलर्जिकल प्रक्रियाएं शामिल हैं।
 
पायरोमेटेलर्जिकल तरीके गलाने या भस्मीकरण जैसी उच्च तापमान प्रक्रियाओं को शामिल करें। बैटरियों को अत्यधिक गर्मी के अधीन किया जाता है, जिससे कार्बनिक घटक जल जाते हैं, और शेष धातु के घटक पिघल जाते हैं और अलग हो जाते हैं। हालाँकि, इन विधियों के कुछ नुकसान हैं:

• पर्यावरणीय प्रभाव: पायरोमेटेलर्जिकल प्रक्रियाएं वातावरण में हानिकारक उत्सर्जन और प्रदूषकों को छोड़ती हैं, वायु प्रदूषण में योगदान करती हैं और संभावित रूप से स्वास्थ्य के लिए खतरा पैदा करती हैं।
• सामग्री का नुकसान: उच्च तापमान प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप थर्मल गिरावट के कारण मूल्यवान सामग्रियों और धातुओं का नुकसान हो सकता है, जिससे समग्र वसूली दर कम हो जाती है।
• ऊर्जा गहन: इन विधियों में आमतौर पर महत्वपूर्ण ऊर्जा इनपुट की आवश्यकता होती है, जो परिचालन लागत और पर्यावरण पदचिह्न को बढ़ाती है।

 
हाइड्रोमेटलर्जिकल तरीके बैटरी घटकों को भंग करने और मूल्यवान धातुओं को निकालने के लिए रासायनिक लीचिंग शामिल करें। जबकि पायरोमेटेलर्जिकल विधियों की तुलना में अधिक पर्यावरण के अनुकूल, हाइड्रोमेटेलर्जी की अपनी कमियां हैं:

• रासायनिक उपयोग: लीचिंग के लिए मजबूत एसिड या अन्य संक्षारक रसायनों की आवश्यकता होती है, जो रासायनिक हैंडलिंग, अपशिष्ट प्रबंधन और संभावित पर्यावरण संदूषण के बारे में चिंताओं को जन्म देती है।
• चयनात्मकता चुनौतियां: वांछित धातुओं की चयनात्मक लीचिंग प्राप्त करना मुश्किल हो सकता है, जिससे कम वसूली दर और मूल्यवान संसाधनों का संभावित नुकसान हो सकता है।

 

पारंपरिक तकनीकों पर अल्ट्रासोनिक बैटरी लीचिंग के लाभ

जब दोनों की तुलना में, पायरोमेटेलर्जिकल और हाइड्रोमेटलर्जिकल रीसाइक्लिंग तकनीक, अल्ट्रासोनिक बैटरी रीसाइक्लिंग तकनीक विभिन्न लाभों के कारण मात देती है:

1. बढ़ी हुई दक्षता: अल्ट्रासोनिक सोनिकेशन बैटरी सामग्री के टूटने में तेजी ला सकता है, जिसके परिणामस्वरूप कम प्रसंस्करण समय और उच्च समग्र दक्षता होती है।
2. बेहतर रिकवरी दर: अल्ट्रासोनिक कैविटेशन का नियंत्रित अनुप्रयोग बैटरी घटकों के टूटने को बढ़ाता है, जिससे मूल्यवान धातुओं की वसूली दर बढ़ जाती है।
3. पर्यावरण के अनुकूल: अल्ट्रासोनिक रीसाइक्लिंग उच्च तापमान और कठोर रसायनों पर निर्भरता को कम करता है, पर्यावरणीय प्रभाव को कम करता है और प्रदूषकों के उत्सर्जन को कम करता है।
4. चयनात्मक लीचिंग: अल्ट्रासाउंड का नियंत्रित अनुप्रयोग बैटरी के भीतर विशिष्ट घटकों के लक्षित व्यवधान की अनुमति देता है, उन्हें कुशलता से अलग करता है। चूंकि विभिन्न पुनर्नवीनीकरण बैटरी यौगिकों को विशिष्ट अल्ट्रासोनिक तीव्रता के तहत भंग कर दिया जाता है, अनुकूलित प्रसंस्करण पैरामीटर व्यक्तिगत सामग्रियों के चयनात्मक लीचिंग के लिए अनुमति देते हैं। यह मूल्यवान धातुओं और सामग्रियों के कुशल पृथक्करण की सुविधा प्रदान करता है।
5. ऊर्जा की खपत में कमी: दोनों की तुलना में, हाइड्रोमेटलर्जिकल और विशेष रूप से पाइरोमेटेलर्जिकल विधियों के लिए, अल्ट्रासोनिक रीसाइक्लिंग आम तौर पर अधिक ऊर्जा-कुशल होती है, जिससे परिचालन लागत कम होती है और कार्बन पदचिह्न कम होता है।
6. अनुमापकता और लचीलापन: विभिन्न बैटरी आकारों और उत्पादन क्षमताओं को समायोजित करने के लिए अल्ट्रासोनिक सिस्टम को आसानी से ऊपर या नीचे बढ़ाया जा सकता है। इसके अतिरिक्त, बैटरी रीसाइक्लिंग के लिए अल्ट्रासोनिकेटर आसानी से पहले से मौजूद बैटरी रीसाइक्लिंग सुविधाओं में एकीकृत किए जा सकते हैं। अल्ट्रासोनिक जांच और प्रवाह सेल रिएक्टरों जैसे विभिन्न बिजली तराजू और मिलान सहायक उपकरण पर आसानी से उपलब्ध, अल्ट्रासोनिकेटर बैटरी घटकों को विभिन्न आकारों और उत्पादन क्षमताओं को संभाल सकते हैं, रीसाइक्लिंग प्रक्रियाओं में मापनीयता और अनुकूलन क्षमता प्रदान करते हैं।
7. सहक्रियात्मक एकीकरण: अल्ट्रासोनिक लीचिंग को मौजूदा हाइड्रोमेटलर्जिकल बैटरी रीसाइक्लिंग लाइनों में एकीकृत किया जा सकता है ताकि खर्च की गई ली-आयन बैटरी से मूल्यवान धातुओं और सामग्रियों के हाइड्रोमेटलर्जिकल लीचिंग को तेज और बेहतर बनाया जा सके।

कुल मिलाकर, अल्ट्रासोनिक बैटरी रीसाइक्लिंग पारंपरिक पायरोमेटलर्जिकल और हाइड्रोमेटलर्जिकल दृष्टिकोण की तुलना में अधिक पर्यावरण के अनुकूल, कुशल और चयनात्मक विधि के रूप में वादा दिखाती है।

 

खर्च की गई बैटरियों से धातु वसूली के लिए औद्योगिक अल्ट्रासोनिक लीचिंग

अल्ट्रासोनिक लीचिंग और धातु निष्कर्षण लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड बैटरी (जैसे लैपटॉप, स्मार्टफोन, आदि से) के साथ-साथ जटिल लिथियम-निकल-मैंगनीज-कोबाल्ट बैटरी (जैसे इलेक्ट्रिक वाहनों से) की रीसाइक्लिंग प्रक्रियाओं पर लागू किया जा सकता है।
उच्च शक्ति अल्ट्रासाउंड बड़े पैमाने पर हस्तांतरण में सुधार और रासायनिक प्रतिक्रियाओं को शुरू करने के लिए रासायनिक तरल पदार्थ और घोल को संसाधित करने की अपनी क्षमता के लिए अच्छी तरह से जाना जाता है।
पावर अल्ट्रासोनिकेशन के तीव्र प्रभाव ध्वनिक गुहिकायन की घटना पर आधारित हैं। उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड को तरल पदार्थ/घोल में जोड़कर, तरल पदार्थ में बारी-बारी से कम दबाव और उच्च दबाव वाली तरंगें छोटे वैक्यूम बुलबुले उत्पन्न करती हैं। छोटे वैक्यूम voids विभिन्न कम दबाव? उच्च दबाव चक्रों पर बढ़ते हैं जब तक कि हिंसक रूप से फट न जाए। ढहने वाले वैक्यूम बुलबुले को माइक्रोरिएक्टर माना जा सकता है जिसमें 5000K तक का तापमान, 1000atm तक का दबाव और 10 से ऊपर हीटिंग और कूलिंग दर^-10 सूझना। इसके अलावा, मजबूत हाइड्रोडायनामिक कतरनी-बल और 280m/s वेग वाले तरल जेट उत्पन्न होते हैं। ध्वनिक गुहिकायन की ये चरम स्थितियां अन्यथा ठंडे तरल पदार्थों में असाधारण भौतिक और रासायनिक स्थितियां पैदा करती हैं और रासायनिक प्रतिक्रियाओं (तथाकथित) के लिए एक लाभकारी वातावरण बनाती हैं सोनोकेमिस्ट्री).

अल्ट्रासोनिक रूप से उत्पन्न कैविटेशन विलेय के थर्मोलिसिस के साथ-साथ अत्यधिक प्रतिक्रियाशील कणों और अभिकर्मकों, जैसे मुक्त कणों, हाइड्रॉक्साइड आयनों (• ओएच,) हाइड्रोनियम (एच₃ओ +) आदि, जो तरल में असाधारण प्रतिक्रियाशील स्थिति प्रदान करते हैं ताकि प्रतिक्रिया दर में काफी वृद्धि हो। कणों जैसे ठोस तरल जेट द्वारा त्वरित होते हैं और अंतःविषय टकराव और घर्षण द्वारा सक्रिय सतह क्षेत्र को बढ़ाते हैं और इस तरह बड़े पैमाने पर हस्तांतरण करते हैं।
अल्ट्रासोनिक लीचिंग और धातु वसूली का महान लाभ आयाम, दबाव और तापमान जैसे प्रक्रिया मापदंडों पर सटीक नियंत्रण है। ये पैरामीटर प्रतिक्रिया की स्थिति को प्रक्रिया माध्यम और लक्षित आउटपुट में समायोजित करने की अनुमति देते हैं। इसके अलावा, अल्ट्रासोनिक लीचिंग सब्सट्रेट से सबसे छोटे धातु कणों को भी हटा देता है, जबकि माइक्रोस्ट्रक्चर को संरक्षित करता है। बढ़ी हुई धातु वसूली अत्यधिक प्रतिक्रियाशील सतहों के अल्ट्रासोनिक निर्माण, प्रतिक्रिया दर में वृद्धि और बेहतर जन परिवहन के कारण है। सोनिकेशन 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 अल्ट्रासोनिक लीचिंग को अनुकूल और उत्कृष्ट तकनीक बनाती है – खासकर जब जटिल एसिड लीचिंग और केलेशन तकनीकों की तुलना में।

LiCoO की अल्ट्रासोनिक रिकवरी₂ स्पेंट लिथियम-आयन बैटरियों से

अल्ट्रासोनिकेशन रिडक्टिव लीचिंग और रासायनिक वर्षा की सहायता करता है, जिसका उपयोग ली को ली के रूप में पुनर्प्राप्त करने के लिए किया जाता है₂कंपनी₃ और सह के रूप में सह (ओएच)₂ अपशिष्ट लिथियम-आयन बैटरी से।
झांग एट अल (2014) LiCoO की सफल वसूली की रिपोर्ट₂ एक अल्ट्रासोनिक रिएक्टर का उपयोग करना। 600mL का शुरुआती समाधान तैयार करने के लिए, उन्होंने 10g अमान्य LiCoO रखा₂ एक बीकर में पाउडर और LiOH समाधान के 2.0mol/L को जोड़ा, जो मिश्रित थे।
मिश्रण को अल्ट्रासोनिक विकिरण में डाला गया था और सरगर्मी उपकरण शुरू हो गया था, सरगर्मी उपकरण को प्रतिक्रिया कंटेनर के इंटीरियर में रखा गया था। इसे 120◦C तक गर्म किया गया था, और फिर अल्ट्रासोनिक डिवाइस 800W पर सेट किया गया था और कार्रवाई के अल्ट्रासोनिक मोड को 5 सेकंड के स्पंदित कर्तव्य चक्रों पर सेट किया गया था। अल्ट्रासोनिक विकिरण 6h के लिए लागू किया गया था, और फिर प्रतिक्रिया मिश्रण कमरे के तापमान पर ठंडा हो गया। ठोस अवशेषों को विआयनीकृत पानी से कई बार धोया गया और निरंतर वजन तक 80◦C पर सुखाया गया। प्राप्त नमूना बाद के परीक्षण और बैटरी उत्पादन के लिए एकत्र किया गया था। पहले चक्र में चार्ज क्षमता 134.2mAh/g है और डिस्चार्ज क्षमता 133.5mAh/g है। पहली बार चार्ज और डिस्चार्ज दक्षता 99.5% थी। 40 चक्रों के बाद, निर्वहन क्षमता अभी भी 132.9mAh/g है। (झांग एवं अन्य 2014)
 

 
साइट्रिक एसिड जैसे कार्बनिक अम्लों के साथ अल्ट्रासोनिक लीचिंग न केवल प्रभावी है, बल्कि पर्यावरण के अनुकूल भी है। शोध में पाया गया कि सह और ली का लीचिंग अकार्बनिक एसिड एच 2 एसओ 4 और एचसीएल की तुलना में साइट्रिक एसिड के साथ अधिक कुशल है। खर्च की गई लिथियम-आयन बैटरी से 96% से अधिक Co और लगभग 100% Li बरामद किए गए थे। तथ्य यह है कि साइट्रिक एसिड और एसिटिक एसिड जैसे कार्बनिक अम्ल सस्ती और बायोडिग्रेडेबल हैं, सोनिकेशन के आगे आर्थिक और पर्यावरणीय लाभों में योगदान देता है।

खर्च की गई बैटरी से धातु लीचिंग के लिए उच्च शक्ति औद्योगिक अल्ट्रासोनिक्स

Hielscher Ultrasonics अत्यधिक कुशल और विश्वसनीय अल्ट्रासोनिक सिस्टम के लिए आपका लंबे समय से अनुभवी आपूर्तिकर्ता है, जो अपशिष्ट पदार्थों से धातुओं को लीच करने के लिए आवश्यक शक्ति प्रदान करता है। कोबाल्ट, लिथियम, निकल और मैंगनीज जैसी धातुओं को निकालकर ली-आयन बैटरी को पुन: संसाधित करने के लिए, शक्तिशाली और मजबूत अल्ट्रासोनिक सिस्टम आवश्यक हैं। Hielscher Ultrasonics औद्योगिक इकाइयां जैसे UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), UIP10000 (10kW), और UIP16000 (16kW) बाजार पर सबसे शक्तिशाली और मजबूत उच्च-प्रदर्शन अल्ट्रासाउंड सिस्टम हैं। हमारी सभी औद्योगिक इकाइयों को 24/7 ऑपरेशन में 200μm तक के बहुत उच्च आयामों के साथ लगातार चलाया जा सकता है। यहां तक कि उच्च आयामों के लिए, अनुकूलित अल्ट्रासोनिक sonotrodes उपलब्ध हैं। Hielscher अल्ट्रासोनिक उपकरण की मजबूती भारी शुल्क पर और मांग वातावरण में 24/7 ऑपरेशन के लिए अनुमति देता है। Hielscher उच्च तापमान, दबाव और संक्षारक तरल पदार्थ के लिए विशेष sonotrodes और रिएक्टरों की आपूर्ति करता है, भी। यह हमारे औद्योगिक अल्ट्रासोनिकेटर को निकालने वाली धातु विज्ञान तकनीकों के लिए सबसे उपयुक्त बनाता है, जैसे हाइड्रोमेटलर्जिकल उपचार।

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

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साहित्य/संदर्भ

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• 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.