Hielscher ultrazvučna tehnologija

Ultrasonics za recikliranje litij-ionskih baterija

  • Litij-ionske baterije koje se koriste u električnim automobilima tek dolaze na masovno tržište i s njim se moraju razvijati kapaciteti recikliranja.
  • Ultrazvučno ispiranje je učinkovita, ekološki prihvatljiva tehnika za oporavak metala kao što su Li, Mg, Co, Ni itd. Iz potrošenih li-ion baterija.
  • Hielscherovi industrijski ultrazvučni sustavi za ispiranje su pouzdani i robusni i lako se mogu integrirati u postojeće postrojenje za recikliranje.

Recikliranje litij-ionskih baterija

Litij-ionske baterije su naširoko koristi u električnim vozilima (EV), prijenosna računala i mobiteli. To znači da su potrošena litij-ionske baterije Trenutačni izazov u pogledu gospodarenja otpadom i recikliranja. Baterije su glavni pokretač za EVs, a njihovo odlaganje je skupo. Ekološki i ekonomični aspekti guraju zatvorene reciklažu dok otpad od akumulatora sadrži vrijedne materijale i pomaže smanjiti ugljični otisak proizvodnje litij-ionskih baterija.
Recikliranje li-ion baterija raste na uspješan sektor industrije kako bi se osigurala buduća dostupnost metala rijetkih zemlja i ostalih komponenti baterije i smanjiti troškove zaštite okoliša rudarstva.

Industrijska ultrazvučna procurivanja

Ultrazvučno ispiranje i ekstrakcija metala mogu se primijeniti na recikliranje baterija litijevog kobaltnog oksida (npr. Iz prijenosnih računala, pametnih telefona itd.), Kao i složenih baterija litij-niklom-mangan-kobalt (npr. Iz električnih vozila).
Cavitation produced by Hielscher's UIP1000hdT with cascatrode Ultrazvučna snaga velike snage dobro je poznata po svojoj sposobnosti obrade kemijskih tekućina i suspenzija kako bi se poboljšao prijenos mase i pokrenuo kemijske reakcije.
Intenzivni učinci ultrazvučne snage temelje se na fenomenu akustične kavitacije. Spajanjem ultrazvuka velike snage u tekućine / muljevite, izmjenični niskotlačni i visokotlačni valovi u tekućinama stvaraju mala mjehurića vakuuma. Malo vakuumske šupljine rastu preko različitih ciklusa niskotlačnog / visokotlačnog tlaka sve dok imploda ne proguta. Kolabirajući vakuumski mjehurići mogu se smatrati mikroreaktorima u kojima temperature do 5000K, tlak do 1000m, a stope grijanja i hlađenja iznad 10-10 pojaviti. Nadalje, generiraju se jake hidrodinamičke smične sile i tekuće mlaznice brzine do 280 m / s. Ovi ekstremni uvjeti akustične kavitacije stvaraju izvanredne fizikalne i kemijske uvjete u inače hladnim tekućinama i stvaraju korisno okruženje za kemijske reakcije (ultrazvučna kemija).

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

48kW ultrazvučni procesor
za zahtjevne primjene kao što je ispiranje metala

Zahtjev za informacijama




Primijetite naše pravila o privatnosti,


Ultrazvučno iscrtavanje u recikliranju napunjenih li-ion baterija. (Klikni za veću sliku!)

Ultrazvučno ispiranje metala iz iscrpljenog baterijskog otpada.

Ultrazvučno generirana kavitacija može inducirati termolizu otapala, kao i stvaranje visoko reaktivnih radikala i reagensa, poput slobodnih radikala, hidroksidnih iona (OH,) hidriona (H3O +) itd., Koji pružaju izvanredne reaktivne uvjete u tekućini tako da se stopa reakcije značajno povećava. Čvrste tvari kao što su čestice se ubrzavaju tekućim mlazom i melje se međusobnim sudaranjem i abrazijom, čime se povećava aktivna površina i time maseni prijenos.
Velika prednost ultrazvučnog ispiranja i obnavljanja metala je precizna kontrola nad procesnim parametrima, kao što su amplituda, tlak i temperatura. Ovi parametri omogućuju prilagodbu reakcijskih uvjeta točno na procesni medij i ciljani izlaz. Nadalje, ultrazvučno ispiranje uklanja čak i najmanjih metalnih čestica iz supstrata, uz očuvanje mikrostruktura. Poboljšani oporavak metala posljedica je ultrazvučnog stvaranja visoko reaktivnih površina, povećanih brzina reakcije i poboljšanog prijenosa mase. Sonication procesi mogu biti optimizirani utjecajem svakog parametra i stoga nisu samo vrlo učinkoviti, već i vrlo energetski učinkoviti.
Njegova točna kontrola parametara i energetska učinkovitost čine ultrazvučnu ispiranje povoljne i izvrsne tehnike – osobito u usporedbi s kompliciranim postupcima ispiranja kisika i kelatiranjem.

Ultrazvučni oporavak LiCoO2 od potrošenih litij-ionskih baterija

Ultrasonication pomaže reduktivnom ispiranju i kemijskim oborama, koji se koriste za oporavak Li kao Li2ko3 i Co kao Co (OH)2 od otpadnih litij-ionskih baterija.
Zhang et al. (2014) izvješćuju o uspješnom oporavku LiCoO2 pomoću ultrazvučnog reaktora. kako bi se pripremila početna otopina od 600 mL, stavili su 10 g nevidljivog LiCoO2 prah u čaši i dodano 2.0 mola / L LiOH otopine, koje su bile pomiješane.
Smjesa je izlivena u ultrazvučno ozračivanje, a uređaj za miješanje započeo, uređaj za miješanje stavljen je u unutrašnjost spremnika za reakciju. Grijana je na 120 ° C, a zatim na ultrazvučni uređaj bio je podešen na 800 W i ultrazvučni način djelovanja bio je podešen na pulsirajuće cikluse rada od 5 sekundi. ON / 2sec. OFF. Ultrazvučno zračenje primijenjeno je tijekom 6 sati, a zatim je reakcijska smjesa ohlađena na sobnu temperaturu. Kruti ostatak je nekoliko puta ispran deioniziranom vodom i osušen na 80 ° C do konstantne težine. Dobiveni uzorak prikupljen je za naknadno ispitivanje i proizvodnju baterije. Kapacitet punjenja u prvom ciklusu iznosi 134.2mAh / g, a kapacitet ispuštanja iznosi 133.5mAh / g. Prva razina napunjenosti i pražnjenja bila je 99,5%. Nakon 40 ciklusa, kapacitet ispuštanja je još uvijek 132.9mAh / g. (Zhang et al., 2014)

Ultrazvučno oporavljeni LiCoO2 kristali. (Klikni za veću sliku!)

Koristi se LiCoO2 kristali prije (a) i nakon (b) ultrazvučnog liječenja na 120 ° C tijekom 6 sati. izvor: Zhang et al. 2014

Ultrazvučno ispiranje s organskim kiselinama kao što je limunska kiselina nije samo učinkovito, već i ekološki prihvatljivo. Istraživanja su pokazala da je ispiranje Co i Li učinkovitije s limunskom kiselinom nego s anorganskim kiselinama H2TAKO4 i HCl. Više od 96% Co i gotovo 100% Li su oporavljene od potrošenih litij-ionskih baterija. Činjenica da su organske kiseline poput limunske kiseline i octene kiseline jeftine i biorazgradive doprinose daljnjim ekonomskim i okolišnim prednostima sonikacije.

Industrijska ultrazvuka visoke snage

UIP4000hdT - Hielscher's 4kW high-performance ultrasonic system Hielscher Ultrasonics je vaš dugogodišnji dobavljač za visoko učinkovite i pouzdane ultrazvučne sustave, koji daju potrebnu snagu da se metali od otpadnog materijala. Kako bi se ponovno prerađivale li-ion baterije ekstrahiranjem metala kao što su kobalt, litij, nikal i mangan, bitni su snažni i robusni ultrazvučni sustavi. Hielscher Ultrasonics’ industrijske jedinice kao što su UIP4000hdT (4 kW), UIP10000 (10kW) i Se (16kW) su najmoćniji i robusni ultrazvučni sustavi visokih performansi na tržištu. Sve naše industrijske jedinice mogu se kontinuirano raditi s vrlo visokim amplitvima do 200μm u 24/7 radnji. Za još veće amplitude, dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Robusnost Hielscherove ultrazvučne opreme omogućava rad 24 sata dnevno i 7 dana u teškim uvjetima iu zahtjevnim okruženjima. Hielscher isporučuje posebne sonotrode i reaktore za visoke temperature, pritiske i korozivne tekućine. To čini našim industrijskim ultrazvučnim uređajima najprikladnije za tehnike ekstraktivne metalurgije, npr. Hidrometalurški tretmani.

Tablica u nastavku daje vam pokazatelj približne mogućnosti obrade naših ultrazvučnih uređaja:

Batch Volumen Protok Preporučeni uređaji
0.1 do 20L 0.2 do 4L / min UIP2000hdT
10 do 100L 2 do 10 l / min UIP4000
N.a. 10 do 100 l / min UIP16000
N.a. veći grozd UIP16000

Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!

Molimo Vas da koristite obrazac u nastavku, ako želite zatražiti dodatne informacije o ultrazvučnoj homogenizaciji. Rado ćemo vam ponuditi ultrazvučni sustav koji zadovoljava vaše zahtjeve.









Molimo, imajte na umu da je pravila o privatnosti,


Literatura / Reference

  • Golmohammadzadeh R., Rashchi F., Vahidi E. (2017): Oporavak litij i kobalta iz potrošenih litij-ionskih baterija korištenjem organskih kiselina: Optimizacija procesa i kinetički aspekti. Upravljanje otpadom 64, 2017. 244-254.
  • Shin S.-M .; Lee D.-W .; Wang J.-P. (2018): Izrada nikkeliziranog praha iz LiNiO2 od napunjene litij-ionske baterije. Metali 8, 2018.
  • Zhang Z., He W., Li G., Xia J., Hu H., Huang J. (2014): Hidrotermička obnova LiCoO-a s ultrazvukom2 iz katode potrošenih litij-ionskih baterija. Int. J. Electrochem. Sci., 9 (2014). 3691-3700.
  • Zhang Z., He W., Li G., Xia J., Hu H., Huang J., Shengbo Z. (2014): Oporavak materijala litij-kobalt oksida iz katode potrošenih litij-iona. ECS Electrochemistry Letters, 3 (6), 2014. A58-A61.


Činjenice koje vrijedi znati

Litij-ionske baterije

Litij-ionske baterije (LIB) su skupni termi za (punjive) baterije koje nude visoku gustoću energije i često su integrirane u potrošačku elektroniku kao što su elektronički automobili, hibridni automobili, prijenosna računala, mobiteli, iPodi itd. U usporedbi s druge inačice punjive baterije slične veličine i kapaciteta, LIB-ovi su znatno lakši.
Za razliku od jednokratne litijeve primarne baterije, LIB koristi litijev spoj umjesto metalik litij kao svoju elektrodu. Glavni sastojci litij-ionske baterije su njegove elektrode – anoda i katode – i elektrolita.
Većina stanica ima zajedničke komponente u smislu elektrolita, separatora, folije i kućišta. Glavna razlika između tehnologija ćelija je materijal koji se koristi kao “aktivni materijali” kao što su katoda i anoda. Grafit je najčešće korišten materijal kao anoda, dok je katoda izrađena od slojevitog LiMO2 (M = Mn, Co i Ni), spinela LiMn2O4, ili olivina LiFePO4, Elektrolitni organski tekući elektroliti (npr. LiPF6 sol otopljena u smjesi organskih otapala kao što su etilen karbonat (EC), dimetil karbonat (DMC), dietil karbonat (DEC), etil metil karbonat (EMC) itd. ionskog kretanja.
Ovisno o materijalima s pozitivnim (katodnim) i negativnim (anodnim) elektrodama, gustoća energije i napon LIB-ova variraju.
Kada se koristi u električnim vozilima, često se koristi električna baterija (EVB) ili trakcijska baterija. Takve vučne baterije koriste se u viljuškarima, električnim golf kolicima, pumpi za čišćenje, električnim motociklima, električnim automobilima, kamionima, kombijima i drugim električnim vozilima.

Recikliranje metala iz napunjenih li-ion baterija

U usporedbi s drugim vrstama baterija koje često sadrže olovo ili kadmij, Li-ionske baterije sadrže manje toksične metale i stoga se smatraju ekološki prihvatljivima. Međutim, velika količina potrošenih li-ion baterija, koje će morati odlagati kao utrošene baterije iz električnih automobila, predstavlja problem s otpadom. Stoga je nužno zatvorena petlja za reciklažu li-ion baterija. S ekonomskog gledišta, metalni elementi poput željeza, bakra, nikla, kobalta i litija mogu se obnoviti i ponovno koristiti u proizvodnji novih baterija. Recikliranje bi također moglo spriječiti buduće nestašice.
Iako na tržište dolaze baterije s većim kapacitetima nikla, nije moguće proizvesti baterije bez kobalta. Viši sadržaj nikla dolazi po trošku: s povećanim sadržajem nikla, stabilnost baterije se smanjuje, čime se smanjuje njezin ciklus život i sposobnost brzog punjenja.

Rastuća potražnja za Li-ion baterije. Izvor: Deutsche Bank

Sve veća potražnja za Li-ion baterije zahtijeva povećanje kapaciteta za recikliranje otpadnih baterija.

Proces recikliranja

Baterije električnih vozila kao što je Tesla Roadster imaju približno trajanje od 10 godina.
Recikliranje iscrpljenih Li-ionskih baterija je zahtjevan proces jer su uključeni visoki napon i opasne kemikalije, što dolazi s rizicima toplinske pobune, električnog udara i emisije štetnih tvari.
Da bi se uspostavila recikliranje zatvorene petlje, svaka kemijska veza i svi elementi moraju biti odvojeni u pojedinačnim frakcijama. Međutim, energija potrebna za recikliranje takve zatvorene petlje je vrlo skupo. Najvrjedniji materijali za oporavak su metali kao što su Ni, Co, Cu, Li itd., Jer skupe rudarstvo i visoke tržišne cijene metalnih komponenti čine recikliranje ekonomski atraktivnim.
Proces recikliranja Li-ion baterija započinje rastavljanjem i pražnjenjem baterija. Prije otvaranja baterije potrebna je pasivizacija za deaktivaciju kemikalija u bateriji. Passiviranje se može postići kriogenim zamrzavanjem ili kontroliranom oksidacijom. Ovisno o veličini baterije, baterije se mogu demontirati i rastavljati na stanicu. Nakon demontaže i drobljenja, komponente su izolirane pomoću nekoliko metoda (npr. Prosijavanje, prosijavanje, ručno branje, magnetska, vlažna i balistička separacija) kako bi se od praha elektroda odstranili ćelije crijeva, aluminij, bakar i plastika. Razdvajanje materijala elektroda je neophodno za nizvodne procese, npr. Hidrometalurški tretman.
piroliza
Za pirolitičku obradu, usitnjene baterije se melje u peći gdje se vapnenac doda kao sredstvo za stvaranje troske.

Hidrotermalni procesi
Hidrometallurgijska se obrada temelji na kiselim reakcijama kako bi se soli istaložile kao metali. Tipični hidrometalurški postupci uključuju ispiranje, taloženje, ionsku izmjenu, ekstrakciju otapalom i elektrolizu vodenih otopina.
Prednost hidrotermalne obrade je visoki prinos oporavka od + 95% Ni i Co kao soli, + 90% Li može se istaložiti, a ostatak se može dobiti do + 80%.

Pogotovo kobalt je kritična komponenta u litij-ionskim akumulatorskim katodama za visoke energetske i energetske primjene.
Trenutni hibridni automobili kao što je toyota Prius koriste baterije niklalnog metala, koji se rastavljaju, ispuštaju i recikliraju na sličan način kao li-ion baterije.

Hielscher Ultrasonics proizvodi visoko-performanse ultrasonicators.

Snažna sonikacija iz laboratorija i klupa na industrijsku proizvodnju.