Ultrazvuk čini recikliranje litij-ionskih baterija učinkovitijim

Litij je rijedak i vrlo vrijedan materijal prisutan u baterijama visokih performansi, kao što su litij-ionske baterije. Litij je najvrjedniji materijal koji se izdvaja pri recikliranju litij-ionskih baterija, no i drugi minerali i metali, poput kobalta, mangana, nikla, bakra i aluminija, vrijedni su za izdvajanje. Ultrazvučna obrada visokog intenziteta upotrebljava se kao tehnika miješanja uz visoke smične sile i izluživanja za ekstrakciju, uklanjanje i otapanje vrijednih minerala i metala iz istrošenih baterija. Metoda sonikacije vrlo je djelotvorna, energetski učinkovita i lako dostupna za ugradnju u potpuno komercijalna postrojenja za recikliranje.

Pregled: postupak recikliranja litij-ionskih baterija

Postupak recikliranja plemenitih metala i materijala iz istrošenih litij-ionskih baterija obično uključuje nekoliko koraka. Slijedi opći pregled:

1. Prikupljanje i razvrstavanje: Istrošene litij-ionske baterije prikupljaju se i razvrstavaju prema vrsti i kemijskom sastavu.
2. Rastavljanje: Najprije se plastični pokrov baterije razbija i uklanja. Zatim se baterija bez pokrova stavlja u tekući dušik kako bi se neutralizirale reaktivne, eksplozivne tvari. Ovaj korak osigurava sprječavanje naglog oslobađanja sve pohranjene energije te posljedičnog zapaljenja i eksplozije povezanih s tim oslobađanjem. Potom se baterije rastavljaju kako bi se odvojile različite komponente, poput katode, anode, elektrolita i kućišta.
3. Usitnjavanje: Rastavljene baterije usitnjavaju se na manje komade kako bi se povećala površina za naknadne postupke.
4. Delaminacija elektroda: Prije obrade radi ekstrakcije metala, izdvojene elektrode, odnosno katodu i anodu, potrebno je dodatno rastaviti. Budući da je katodni materijal uglavnom pričvršćen na aluminijsku foliju vezivom, najčešće poliviniliden-fluoridom (PVDF) ili politetrafluoretilenom (PTFE), međusobno odvajanje katode i aluminijske folije zahtjevan je zadatak.
5. Kemijska obrada: Usitnjene komponente baterija podvrgavaju se različitim kemijskim obradama radi otapanja i odvajanja različitih materijala. To može uključivati izluživanje kiselinom ili drugim otapalima radi ekstrakcije vrijednih metala poput litija, kobalta, nikla i bakra.
6. Izdvajanje i pročišćavanje: Otopljeni metali zatim se izdvajaju iz otopine postupcima poput taloženja, ekstrakcije otapalom ili elektrokemijskih metoda. Ti koraci pomažu u pročišćavanju i koncentriranju plemenitih metala.

Izdvajanje plemenitih metala poboljšano sonikacijom

Ultrazvuk velike snage može poboljšati korake delaminacije elektroda i izluživanja plemenitih metala i materijala intenziviranjem reakcija, čime postupak izdvajanja postaje znatno učinkovitiji. Ultrazvučna obrada tehnika je koja upotrebljava ultrazvučne valove visokog intenziteta za stvaranje mehaničkih vibracija i akustične kavitacije u tekućem mediju. Snažne sile ultrazvučne obrade upotrebljavaju se za poboljšanje postupka recikliranja plemenitih metala iz istrošenih litij-ionskih baterija na nekoliko načina:
 

1. Dezintegracija: Ultrazvučna obrada razgrađuje usitnjene materijale baterija tako da nastaju manje čestice. Manje čestice imaju veću površinu, što kemijsko izluživanje čini djelotvornijim i pomaže oslobađanju vrijednih metala.
2. Poboljšano izluživanje: Primjena ultrazvučne obrade tijekom postupaka izluživanja može poboljšati kontakt između čvrstog materijala i otopine za izluživanje, povećavajući učinkovitost ekstrakcije metala. Ultrazvučno izluživanje pospješuje ekstrakciju metala i povećava prinos izdvojenih metala i minerala poput kobalta, mangana, nikla, bakra i aluminija.
3. Poboljšana delaminacija elektroda: Cilj delaminacije elektroda tijekom recikliranja baterija jest razdvojiti različite komponente, poput elektroda, elektrolita i separatora, kako bi se mogle zasebno dalje obrađivati ili reciklirati. Ultrazvučna obrada potpomaže odvajanje i uklanjanje prevlaka s elektrode. Sonomehaničke sile potiču učinkovito razdvajanje slojeva elektroda.
4. Ubrzane reakcije: Ultrazvučna obrada potiče brže i temeljitije miješanje, što može ubrzati kemijske reakcije tijekom postupaka oporabe i pročišćavanja metala.
5. Smanjena potrošnja energije: Ultrazvučna obrada može povećati učinkovitost procesa, smanjujući vrijeme i energiju potrebne za oporabu metala iz istrošenih baterija.

 
Ultrazvučna obrada može imati korisnu ulogu u poboljšanju procesa recikliranja plemenitih metala i materijala iz istrošenih litij-ionskih baterija povećanjem djelotvornosti i učinkovitosti različitih koraka uključenih u proces recikliranja.
Procesni koraci ultrazvučnog izluživanja metala i delaminacije elektroda mogu se prilagoditi pojedinačnim procesima recikliranja, koji se mogu razlikovati jer tvrtke specijalizirane za recikliranje litij-ionskih baterija razvijaju i prilagođavaju svoje procese kako bi postigle najvišu učinkovitost.

Ultrazvučna kavitacija za odvajanje katode

Ultrazvučna obrada odvaja katodne materijale od aluminijske folije djelovanjem akustične kavitacije. Akustičnu ili ultrazvučnu kavitaciju obilježavaju lokalno nastali visoki tlakovi, visoke temperature i njihovi naknadni padovi, koji uzrokuju odgovarajuće razlike u tlaku i temperaturi, kao i intenzivne mikroturbulencije te mikromlazove s visokim smičnim silama. Te kavitacijske sile djeluju na granice površina, potiču prijenos mase i uzrokuju eroziju. Stvarajući tako intenzivne sile kemijske, fizikalne, toplinske i mehaničke prirode, ultrazvučna kavitacija osigurava potrebno miješanje i prijenos mase za razgradnju strukture organskog veziva koje se u litij-ionskim baterijama upotrebljava za pričvršćivanje katode na strujni kolektor / aluminijsku foliju.
Dok samo mehaničko miješanje nije dovoljno za učinkovito odvajanje katodnog materijala od aluminijske folije, ultrazvučna obrada visokog intenziteta osigurava potrebnu sonokemijsku i sonomehaničku energiju za potpuno uklanjanje katodnog materijala sa strujnih kolektora. Za razliku od mehaničkog miješanja, ultrazvučna kavitacija stvara intenzivne turbulencije, lokalno visoke temperature i tlakove te miješanje, strujanje i mlazove tekućine, koji razgrađuju vezivo, npr. PVDF ili PTFE, koje povezuje katodu s Al folijom, te erodiraju površinu i katode i Al folije. Time se vezivo između tih dvaju materijala temeljito razgrađuje, a katoda i aluminijska folija učinkovito se razdvajaju.
Primjerice, ultrazvučnim odvajanjem postiže se visoka učinkovitost uklanjanja katode od 99% uz upotrebu N-metil-2-pirolidona (NMP) kao otapala pri 70°C (240 W ultrazvučne snage i 90 min ultrazvučne obrade). Budući da ultrazvučno odvajanje katode ravnomjerno dispergira materijal i sprječava stvaranje većih aglomerata, olakšava se naknadni proces izluživanja metala.
Pročitajte više o ultrazvučnoj delaminaciji elektroda radi oporabe aktivnih materijala i folija strujnih kolektora!

Ultrazvučno izluživanje minerala

Gore opisani učinci ultrazvučne kavitacije također potiču izluživanje metala iz istrošenih baterija. Sonikacija visokog intenziteta ne upotrebljava se samo za oporabu minerala pri recikliranju baterija, nego se često primjenjuje i u hidrometalurgiji te pri izluživanju vrijednih ruda (npr. rudarske jalovine). Visoke lokalne temperature, tlakovi i smične sile intenziviraju izluživanje metala i znatno povećavaju učinkovitost izluživanja. Dok se u kavitacijskim žarištima lokalno pojavljuju iznimno visoke temperature do 1000 K, ukupni uvjeti izluživanja zahtijevaju samo umjerenu temperaturu od približno 50–60°C. Zbog toga je ultrazvučna oporaba metala energetski učinkovita i ekonomična.
Ultrazvučno izluživanje minerala iz istrošenih litij-ionskih baterija odlikuje se visokim stopama oporabe i učinkovitošću. Primjerice, sumporna kiselina (H2SO4) uspješno je upotrijebljena kao sredstvo za izluživanje u prisutnosti vodikova peroksida (H2O2) tijekom ultrazvučne oporabe minerala iz katode. Ultrazvučnim izluživanjem sumpornom kiselinom postignute su stope oporabe od 94,63% za kobalt i 98,62% za litij.
Ultrazvučno izluživanje organskom limunskom kiselinom (C6H8O7·H2O) rezultira vrlo visokim stopama oporabe bakra i litija, pri čemu se iz istrošenih litij-ionskih baterija dobiva 96% bakra i gotovo 100% litija.

Jednostavno i sigurno: povećanje razmjera ultrazvučnog procesa od ispitivanja izvedivosti do industrijskog recikliranja

Ultrazvučna oprema visokih performansi za recikliranje litij-ionskih baterija lako je dostupna za stolne, pilotne i industrijske instalacije. Budući da su ultrazvučno odvajanje katode i ultrazvučno izluživanje minerala iz istrošenih baterija već ustaljeni procesi, postupak od prvih ispitivanja, preko optimizacije prema specifičnim zahtjevima vašeg procesa, do ugradnje potpuno industrijskog sustava za ultrazvučno odvajanje i/ili izluživanje brz je i jednostavan.
Pročitajte više o prednostima ultrazvučnog izluživanja za održivo recikliranje baterija i urbano rudarenje!

Ultrazvučni uređaji visokih performansi za recikliranje baterija

Hielscher Ultrasonics isporučuje ultrazvučne uređaje visokih performansi svih veličina i kapaciteta. S uređajem UIP16000 (16kW), Hielscher proizvodi najsnažniji ultrazvučni procesor na svijetu. UIP16000, kao i svi drugi industrijski ultrazvučni sustavi, može se jednostavno povezati s drugim uređajima u skupinu kako bi se postigao potreban kapacitet obrade. Svi ultrazvučni uređaji Hielscher izrađeni su za rad 24/7 pod punim opterećenjem i u zahtjevnim okruženjima.
Industrijski ultrazvučni procesori tvrtke Hielscher Ultrasonics mogu postići vrlo visoke amplitude. Amplitude do 200µm mogu se lako kontinuirano održavati tijekom rada 24/7. Za još više amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode.

Ultrazvučne sonde i sonoreaktori za svaki volumen

Asortiman proizvoda tvrtke Hielscher Ultrasonics obuhvaća cijeli raspon ultrazvučnih procesora, od kompaktnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja, preko stolnih i pilotnih sustava, do potpuno industrijskih ultrazvučnih procesora s kapacitetom obrade kamionskih količina materijala na sat. Cjelovit asortiman proizvoda omogućuje nam da vam ponudimo najprikladniju ultrazvučnu opremu za vašu primjenu, kapacitet procesa i proizvodne ciljeve.

Precizno podesive amplitude za optimalne rezultate

Svim Hielscher ultrazvučnim procesorima može se precizno upravljati, što ih čini pouzdanim radnim uređajima u istraživanju i razvoju te proizvodnji. Amplituda je jedan od ključnih procesnih parametara koji utječu na učinkovitost i djelotvornost sonokemijski i sonomehanički induciranih reakcija. Svi procesori tvrtke Hielscher Ultrasonics omogućuju precizno podešavanje amplitude. Sonotrode i pojačivači amplitude dodatna su oprema koja omogućuje promjenu amplitude u još širem rasponu. Hielscher industrijski ultrazvučni procesori mogu postići vrlo visoke amplitude i osigurati potreban intenzitet ultrazvuka za zahtjevne primjene. Amplitude do 200µm mogu se lako kontinuirano održavati tijekom rada 24/7.
Precizne postavke amplitude i stalno praćenje parametara ultrazvučnog procesa putem pametnog softvera omogućuju vam odvajanje katode od aluminijske folije te izluživanje minerala i metala iz istrošenih litij-ionskih baterija pri najdjelotvornijim ultrazvučnim uvjetima. Optimalna sonikacija za najučinkovitije recikliranje litij-ionskih baterija!
Robusnost Hielscher ultrazvučnih uređaja omogućuje rad 24/7 pri velikim opterećenjima i u zahtjevnim okruženjima. Zbog toga su Hielscher sonikatori pouzdani radni alati koji ispunjavaju zahtjeve vašeg procesa recikliranja.

Najviša kvaliteta – projektirano i proizvedeno u Njemačkoj

Kao obiteljska tvrtka kojom upravlja obitelj, Hielscher daje prednost najvišim standardima kvalitete svojih ultrazvučnih procesora. Svi ultrazvučni uređaji projektiraju se, proizvode i temeljito ispituju u našem sjedištu u Teltowu pokraj Berlina u Njemačkoj. Robusnost i pouzdanost Hielscher ultrazvučne opreme čine je pouzdanim radnim alatom u vašoj proizvodnji. Rad 24/7 pod punim opterećenjem i u zahtjevnim okruženjima prirodno je svojstvo Hielscher ultrazvučnih sondi i reaktora visokih performansi.

Tablica u nastavku daje vam uvid u približan kapacitet obrade naših ultrazvučnih uređaja:

Činjenice koje vrijedi znati

Što su litij-ionske baterije?

Litij-ionska baterija, također poznata kao Li-ion baterija, vrsta je punjive baterije. U usporedbi s baterijama na bazi olova i nikla, litij-ionski uređaji upotrebljavaju katodu, anodu i elektrolit kao vodič.
Kao i sve baterije, litij-ionske baterije pohranjuju kemijsku energiju koja se zatim pretvara u električnu energiju kako bi se osigurao statički električni naboj za napajanje.
Litij-ionske baterije često se upotrebljavaju za prijenosnu elektroniku poput prijenosnih računala i pametnih telefona, kao i za električna vozila. Primjena litij-ionskih baterija također izaziva sve veći interes vojske te tvrtki iz zrakoplovne i svemirske industrije.