अल्ट्रासोनिक्स लिथियम-आयन बैटरी के पुनर्चक्रण को अधिक कुशल बनाता है

लिथियम एक दुर्लभ और अत्यधिक मूल्यवान पदार्थ है, जो Li-ion बैटरियों जैसी उच्च प्रदर्शन वाली बैटरियों में मौजूद होता है। Li-ion बैटरी के पुनर्चक्रण में पुनर्प्राप्त होने वाला सबसे मूल्यवान पदार्थ लिथियम है, लेकिन कोबाल्ट, मैंगनीज़, निकल, तांबा और एल्युमिनियम जैसे अन्य खनिज और धातुएँ भी पुनर्प्राप्ति के लिए मूल्यवान हैं। इस्तेमाल की जा चुकी बैटरियों से मूल्यवान खनिजों और धातुओं को निकालने, हटाने और घोलने के लिए उच्च तीव्रता वाले अल्ट्रासोनिकेशन का उपयोग उच्च अपरूपण वाले प्रक्षोभन और निक्षालन की तकनीक के रूप में किया जाता है। सोनिकेशन विधि अत्यधिक प्रभावी और ऊर्जा-कुशल है तथा पूरी तरह वाणिज्यिक स्तर पर संचालित पुनर्चक्रण संयंत्रों में स्थापित करने के लिए आसानी से उपलब्ध है।

अवलोकन: Li-ion बैटरी की पुनर्चक्रण प्रक्रिया

इस्तेमाल की जा चुकी Li-ion बैटरियों से बहुमूल्य धातुओं और पदार्थों के पुनर्चक्रण की प्रक्रिया में आम तौर पर कई चरण शामिल होते हैं। इसका सामान्य अवलोकन इस प्रकार है:

1. संग्रह और छँटाई: इस्तेमाल की जा चुकी Li-ion बैटरियों को एकत्र किया जाता है और उनके प्रकार तथा रासायनिक संरचना के आधार पर उनकी छँटाई की जाती है।
2. घटकों को अलग करना: सबसे पहले, बैटरी के प्लास्टिक आवरण को तोड़कर हटाया जाता है। इसके बाद, प्रतिक्रियाशील, विस्फोटक पदार्थों को निष्प्रभावी करने के लिए आवरणरहित बैटरी को तरल नाइट्रोजन में रखा जाता है। यह चरण सुनिश्चित करता है कि सारी संचित ऊर्जा का अचानक मुक्त होना और उससे जुड़ा बाद का प्रज्वलन तथा विस्फोट रोके जाएँ। फिर, कैथोड, एनोड, इलेक्ट्रोलाइट और बाहरी खोल जैसे विभिन्न घटकों को अलग करने के लिए बैटरियों को खोला जाता है।
3. कतरना: अलग किए गए बैटरी घटकों को छोटे टुकड़ों में कतरा जाता है, ताकि आगे की प्रक्रियाओं के लिए सतह का क्षेत्रफल बढ़ाया जा सके।
4. इलेक्ट्रोड का परत-वियोजन: धातु निष्कर्षण उपचार से पहले, पृथक किए गए इलेक्ट्रोडों, अर्थात कैथोड और एनोड, के घटकों को और अलग करना आवश्यक है। चूँकि कैथोड पदार्थ आम तौर पर एक बंधक पदार्थ, प्रायः पॉलीविनाइलिडीन फ्लोराइड (PVDF) या पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन (PTFE), द्वारा एल्युमिनियम पन्नी से चिपका होता है, इसलिए कैथोड और एल्युमिनियम पन्नी को एक-दूसरे से अलग करना कठिन कार्य है।
5. रासायनिक उपचार: कतरे हुए बैटरी घटकों को विभिन्न पदार्थों को घोलने और अलग करने के लिए कई रासायनिक उपचारों से गुजारा जाता है। इसमें लिथियम, कोबाल्ट, निकल और तांबे जैसी मूल्यवान धातुओं को निकालने के लिए अम्ल या अन्य विलायकों से निक्षालन शामिल हो सकता है।
6. पुनर्प्राप्ति और शुद्धीकरण: इसके बाद, अवक्षेपण, विलायक निष्कर्षण या विद्युतरासायनिक विधियों जैसी प्रक्रियाओं द्वारा घुली हुई धातुओं को विलयन से पुनर्प्राप्त किया जाता है। ये चरण बहुमूल्य धातुओं को शुद्ध और सांद्र करने में मदद करते हैं।

सोनिकेशन से बहुमूल्य धातुओं की बेहतर पुनर्प्राप्ति

उच्च शक्ति वाला अल्ट्रासाउंड अभिक्रियाओं को तीव्र करके इलेक्ट्रोड के परत-वियोजन और बहुमूल्य धातुओं तथा पदार्थों के निक्षालन के चरणों में सुधार कर सकता है, जिससे पुनर्प्राप्ति प्रक्रिया काफी अधिक कुशल हो जाती है। अल्ट्रासोनिकेशन एक ऐसी तकनीक है, जिसमें तरल माध्यम में यांत्रिक कंपन और ध्वनिक कैविटेशन उत्पन्न करने के लिए उच्च तीव्रता वाली अल्ट्रासाउंड तरंगों का उपयोग किया जाता है। इस्तेमाल की जा चुकी Li-ion बैटरियों से बहुमूल्य धातुओं की पुनर्चक्रण प्रक्रिया को कई तरीकों से बेहतर बनाने के लिए अल्ट्रासोनिकेशन के प्रबल बलों का उपयोग किया जाता है:
 

1. विघटन: अल्ट्रासोनिकेशन कतरे हुए बैटरी पदार्थों को तोड़ता है, जिससे और छोटे कण बनते हैं। छोटे कण अधिक सतह क्षेत्रफल प्रदान करते हैं, जिससे रासायनिक निक्षालन अधिक प्रभावी होता है और मूल्यवान धातुओं को मुक्त करने में मदद मिलती है।
2. बेहतर निक्षालन: निक्षालन प्रक्रियाओं के दौरान अल्ट्रासोनिकेशन का उपयोग ठोस पदार्थ और निक्षालन विलयन के बीच संपर्क बढ़ा सकता है, जिससे धातु निष्कर्षण की दक्षता बढ़ती है। अल्ट्रासोनिक निक्षालन धातु निष्कर्षण को बढ़ावा देता है और कोबाल्ट, मैंगनीज़, निकल, तांबा तथा एल्युमिनियम जैसी धातुओं और खनिजों की पुनर्प्राप्त मात्रा बढ़ाता है।
3. इलेक्ट्रोड का बेहतर परत-वियोजन: बैटरी पुनर्चक्रण के दौरान इलेक्ट्रोड की परतों को अलग करने का उद्देश्य इलेक्ट्रोड, इलेक्ट्रोलाइट और विभाजक जैसे विभिन्न घटकों को अलग करना है, ताकि उन्हें अलग-अलग आगे संसाधित या पुनर्चक्रित किया जा सके। अल्ट्रासोनिकेशन इलेक्ट्रोड से कोटिंग को अलग करने और हटाने में सहायता करता है। ध्वनि-यांत्रिक बल इलेक्ट्रोड की परतों को कुशलतापूर्वक अलग करने में सहायक होते हैं।
4. त्वरित अभिक्रियाएँ: अल्ट्रासोनिकेशन अधिक तेज़ और अधिक संपूर्ण मिश्रण को बढ़ावा देता है, जिससे धातु की पुनर्प्राप्ति और शुद्धीकरण के चरणों के दौरान रासायनिक अभिक्रियाएँ तेज़ हो सकती हैं।
5. ऊर्जा की कम खपत: अल्ट्रासोनिकेशन प्रक्रिया की दक्षता बढ़ा सकता है, जिससे इस्तेमाल की जा चुकी बैटरियों से धातु की पुनर्प्राप्ति के लिए आवश्यक समय और ऊर्जा कम हो जाती है।

 
अल्ट्रासोनिकेशन पुनर्चक्रण प्रक्रिया में शामिल विभिन्न चरणों की प्रभावशीलता और दक्षता बढ़ाकर इस्तेमाल की जा चुकी Li-ion बैटरियों से बहुमूल्य धातुओं और सामग्रियों के पुनर्चक्रण की प्रक्रिया को बेहतर बनाने में लाभकारी भूमिका निभा सकता है।
अल्ट्रासोनिक धातु निक्षालन और इलेक्ट्रोड की परतों को अलग करने के प्रक्रिया चरणों को अलग-अलग पुनर्चक्रण प्रक्रियाओं के अनुरूप ढाला जा सकता है। ये प्रक्रियाएँ भिन्न हो सकती हैं, क्योंकि Li-ion बैटरी पुनर्चक्रण में विशेषज्ञता रखने वाली कंपनियाँ उच्चतम दक्षता प्राप्त करने के लिए अपनी प्रक्रियाओं को विकसित और संशोधित करती हैं।

कैथोड पृथक्करण के लिए अल्ट्रासोनिक कैविटेशन

अल्ट्रासोनिकेशन ध्वनिक कैविटेशन के प्रभावों द्वारा कैथोड सामग्री को एल्युमिनियम पन्नी से अलग करता है। ध्वनिक या अल्ट्रासोनिक कैविटेशन की विशेषता स्थानीय रूप से उत्पन्न उच्च दाब, उच्च तापमान और उसके बाद उनमें आने वाली गिरावट है, जिनसे संबंधित दाब और तापमान के अंतर के साथ-साथ तीव्र सूक्ष्म विक्षोभ और उच्च अपरूपण वाले सूक्ष्म जेट उत्पन्न होते हैं। ये कैविटेशन बल सतह की सीमाओं को प्रभावित करते हैं, द्रव्यमान स्थानांतरण को बढ़ावा देते हैं और अपरदन उत्पन्न करते हैं। रासायनिक, भौतिक, तापीय और यांत्रिक प्रकृति के ऐसे तीव्र बल उत्पन्न करके, अल्ट्रासोनिक कैविटेशन लिथियम-आयन बैटरियों में कैथोड को संग्राहक / एल्युमिनियम पन्नी से जोड़कर रखने के लिए प्रयुक्त कार्बनिक बाइंडर की संरचना को तोड़ने हेतु आवश्यक प्रक्षोभ और द्रव्यमान स्थानांतरण उत्पन्न करता है।
जहाँ केवल हिलाने जैसी यांत्रिक प्रक्षोभ क्रिया कैथोड सामग्री को एल्युमिनियम पन्नी से प्रभावी ढंग से अलग करने के लिए अपर्याप्त होती है, वहीं उच्च-तीव्रता वाला अल्ट्रासोनिकेशन कैथोड सामग्री को संग्राहकों से पूरी तरह हटाने के लिए आवश्यक ध्वनि-रासायनिक और ध्वनि-यांत्रिक ऊर्जा प्रदान करता है। यांत्रिक रूप से हिलाने के विपरीत, अल्ट्रासोनिक कैविटेशन तीव्र विक्षोभ, स्थानीय रूप से उच्च तापमान और दाब के साथ-साथ प्रक्षोभ, प्रवाह और द्रव जेट उत्पन्न करता है। ये कैथोड को Al पन्नी से जोड़ने वाले बाइंडर, जैसे PVDF या PTFE, को तोड़ते हैं और कैथोड तथा Al पन्नी, दोनों की सतह का अपरदन करते हैं। इससे दोनों सामग्रियों के बीच का बाइंडर समुचित रूप से नष्ट हो जाता है और कैथोड तथा एल्युमिनियम पन्नी प्रभावी ढंग से अलग हो जाते हैं।
उदाहरण के लिए, 70°C पर विलायक के रूप में N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) का उपयोग करने पर अल्ट्रासोनिक पृथक्करण से कैथोड हटाने की 99% की उच्च दक्षता प्राप्त होती है (240 W अल्ट्रासोनिक शक्ति और 90 min अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण समय)। चूँकि अल्ट्रासोनिक कैथोड पृथक्करण सामग्री को समान रूप से परिक्षेपित करता है और बड़े कण-समुच्चयों को बनने से रोकता है, इसलिए इसके बाद की धातु निक्षालन प्रक्रिया सुगम हो जाती है।
सक्रिय सामग्रियों और धारा संग्राहक पन्नियों की पुनर्प्राप्ति के लिए अल्ट्रासोनिक विधि से इलेक्ट्रोड की परतों को अलग करने के बारे में और पढ़ें!

खनिजों का अल्ट्रासोनिक निक्षालन

ऊपर वर्णित अल्ट्रासोनिक कैविटेशन प्रभाव प्रयुक्त बैटरियों से धातुओं के निक्षालन को भी बढ़ावा देते हैं। उच्च तीव्रता वाले अल्ट्रासोनिकेशन का उपयोग न केवल बैटरी पुनर्चक्रण में खनिज की पुनर्प्राप्ति के लिए किया जाता है, बल्कि जलधातुकर्म और बहुमूल्य अयस्कों के निक्षालन (जैसे खनन अवशेषों से) में भी अक्सर किया जाता है। स्थानीय स्तर पर उच्च तापमान, दबाव और अपरूपण बल धातुओं के निक्षालन को तीव्र करते हैं और निक्षालन दक्षता को काफी बढ़ाते हैं। जहाँ कैविटेशन के हॉट-स्पॉट में स्थानीय स्तर पर 1000 K तक के अत्यंत उच्च तापमान उत्पन्न होते हैं, वहीं समग्र निक्षालन परिस्थितियों के लिए केवल लगभग 50–60°C के मध्यम तापमान की आवश्यकता होती है। इससे अल्ट्रासोनिक धातु पुनर्प्राप्ति ऊर्जा-कुशल और किफायती बनती है।
प्रयुक्त Li-ion बैटरियों से खनिजों के अल्ट्रासोनिक निक्षालन की विशेषताएँ उच्च पुनर्प्राप्ति दर और दक्षता हैं। उदाहरण के लिए, कैथोड से अल्ट्रासोनिक खनिज पुनर्प्राप्ति के दौरान हाइड्रोजन पेरॉक्साइड (H2O2) की उपस्थिति में सल्फ्यूरिक अम्ल (H2SO4) का निक्षालन कारक के रूप में सफलतापूर्वक उपयोग किया गया। सल्फ्यूरिक अम्ल के साथ अल्ट्रासोनिक निक्षालन से कोबाल्ट और लिथियम की पुनर्प्राप्ति दर क्रमशः 94.63% और 98.62% रही।
कार्बनिक साइट्रिक अम्ल (C6H8O7·H2O) के साथ अल्ट्रासोनिक निक्षालन से ताँबे और लिथियम की बहुत उच्च पुनर्प्राप्ति होती है, जिससे प्रयुक्त Li-ion बैटरियों से 96% ताँबा और लगभग 100% लिथियम प्राप्त होता है।

सरल और सुरक्षित: व्यवहार्यता परीक्षणों से औद्योगिक पुनर्चक्रण तक अल्ट्रासोनिक प्रक्रिया का पैमाना बढ़ाना

Li-ion बैटरी पुनर्चक्रण के लिए उच्च प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक उपकरण बेंच-टॉप, पायलट और औद्योगिक स्थापना के लिए आसानी से उपलब्ध हैं। चूँकि अल्ट्रासोनिक कैथोड पृथक्करण और प्रयुक्त बैटरियों से खनिजों का अल्ट्रासोनिक निक्षालन पहले से ही स्थापित प्रक्रियाएँ हैं, इसलिए प्रारंभिक परीक्षणों से लेकर आपकी विशिष्ट प्रक्रिया आवश्यकताओं के अनुसार अनुकूलन और पूर्णतः औद्योगिक अल्ट्रासोनिक पृथक्करण और/या निक्षालन प्रणाली की स्थापना तक की प्रक्रिया त्वरित और सरल है।
सतत बैटरी पुनर्चक्रण और शहरी खनन के लिए अल्ट्रासोनिक निक्षालन के लाभों के बारे में और पढ़ें!

बैटरी पुनर्चक्रण के लिए उच्च प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिकेटर

Hielscher Ultrasonics हर आकार और क्षमता के उच्च प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिकेटर की आपूर्ति करता है। UIP16000 (16kW) के साथ, Hielscher विश्व का सबसे शक्तिशाली अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर बनाता है। UIP16000 के साथ-साथ अन्य सभी औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रणालियों को आवश्यक प्रसंस्करण क्षमता प्राप्त करने के लिए आसानी से समूह में जोड़ा जा सकता है। सभी Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर पूर्ण भार और चुनौतीपूर्ण परिवेश में 24/7 संचालन के लिए बनाए गए हैं।
Hielscher Ultrasonics के औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर बहुत उच्च आयाम प्रदान कर सकते हैं। 200µm तक के आयामों पर आसानी से 24/7 निरंतर संचालन किया जा सकता है। इससे भी अधिक आयामों के लिए, आवश्यकतानुसार निर्मित अल्ट्रासोनिक सोनोट्रोड उपलब्ध हैं।

किसी भी आयतन के लिए अल्ट्रासोनिक प्रोब और सोनो-रिएक्टर

Hielscher Ultrasonics की उत्पाद शृंखला में कॉम्पैक्ट प्रयोगशाला अल्ट्रासोनिकेटर से लेकर बेंच-टॉप और पायलट प्रणालियों तथा प्रति घंटे कई ट्रक भर सामग्री को संसाधित करने की क्षमता वाले पूर्णतः औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर तक का पूरा विस्तार शामिल है। यह संपूर्ण उत्पाद शृंखला हमें आपके अनुप्रयोग, प्रक्रिया क्षमता और उत्पादन लक्ष्यों के लिए सबसे उपयुक्त अल्ट्रासोनिक उपकरण प्रदान करने में सक्षम बनाती है।

सर्वोत्तम परिणामों के लिए सटीक रूप से नियंत्रित किए जा सकने वाले आयाम

सभी Hielscher अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर को सटीक रूप से नियंत्रित किया जा सकता है, इसलिए वे अनुसंधान एवं विकास और उत्पादन में भरोसेमंद कार्य उपकरण हैं। आयाम उन महत्वपूर्ण प्रक्रिया मापदंडों में से एक है जो सोनोकेमिकल और सोनोमैकेनिकल प्रभावों से प्रेरित अभिक्रियाओं की दक्षता और प्रभावशीलता को प्रभावित करते हैं। Hielscher Ultrasonics के सभी प्रोसेसर आयाम की सटीक सेटिंग की सुविधा देते हैं। सोनोट्रोड और बूस्टर हॉर्न ऐसे सहायक उपकरण हैं जो आयाम को और भी व्यापक सीमा में बदलने की सुविधा देते हैं। Hielscher के औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर बहुत उच्च आयाम प्रदान कर सकते हैं और कठिन अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक अल्ट्रासोनिक तीव्रता प्रदान करते हैं। 200µm तक के आयामों पर आसानी से लगातार 24/7 संचालन किया जा सकता है।
आयाम की सटीक सेटिंग और स्मार्ट सॉफ़्टवेयर के माध्यम से अल्ट्रासोनिक प्रक्रिया मापदंडों की निरंतर निगरानी आपको सबसे प्रभावी अल्ट्रासोनिक परिस्थितियों में कैथोड को एल्युमिनियम फ़ॉइल से अलग करने के साथ-साथ उपयोग हो चुकी Li-ion बैटरियों से खनिजों और धातुओं का निक्षालन करने की सुविधा देती है। सर्वाधिक दक्ष Li-ion बैटरी पुनर्चक्रण के लिए इष्टतम सोनिकेशन!
Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर की मज़बूती भारी कार्यभार और कठिन परिवेश में 24/7 संचालन संभव बनाती है। इससे Hielscher सोनिकेटर भरोसेमंद कार्य उपकरण बनते हैं जो आपकी पुनर्चक्रण प्रक्रिया की आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।

सर्वोच्च गुणवत्ता – जर्मनी में डिज़ाइन और निर्मित

एक परिवार के स्वामित्व और संचालन वाले व्यवसाय के रूप में, Hielscher अपने अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर के लिए सर्वोच्च गुणवत्ता मानकों को प्राथमिकता देता है। सभी अल्ट्रासोनिकेटर जर्मनी में बर्लिन के पास टेल्टो स्थित हमारे मुख्यालय में डिज़ाइन और निर्मित किए जाते हैं तथा उनका गहन परीक्षण किया जाता है। Hielscher के अल्ट्रासोनिक उपकरणों की मज़बूती और विश्वसनीयता उन्हें आपके उत्पादन में भरोसेमंद कार्य उपकरण बनाती है। पूर्ण भार और कठिन परिवेश में 24/7 संचालन Hielscher की उच्च प्रदर्शन वाली अल्ट्रासोनिक प्रोब और रिएक्टर की एक स्वाभाविक विशेषता है।

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

जानने योग्य तथ्य

लिथियम-आयन बैटरियाँ क्या हैं?

लिथियम-आयन बैटरी, जिसे Li-ion बैटरी भी कहा जाता है, एक प्रकार की पुनः चार्ज की जा सकने वाली बैटरी है। सीसा-आधारित और निकेल-आधारित बैटरियों की तुलना में, लिथियम-आयन उपकरण चालक के रूप में कैथोड, एनोड और इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करते हैं।
सभी बैटरियों की तरह, Li-ion बैटरियाँ रासायनिक ऊर्जा संचित करती हैं, जिसे बाद में विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है ताकि विद्युत शक्ति के लिए स्थिर विद्युत आवेश प्रदान किया जा सके।
लिथियम-आयन बैटरियों का उपयोग आमतौर पर लैपटॉप, स्मार्टफ़ोन जैसे पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के साथ-साथ इलेक्ट्रिक वाहनों में किया जाता है। Li-ion बैटरियों के उपयोग में सेना और एयरोस्पेस कंपनियों की रुचि भी बढ़ रही है।