Hielscher Ultrasonics
Kami akan dengan senang hati mendiskusikan proses Anda.
Hubungi kami: +49 3328 437-420
Kirimkan email kepada kami: info@hielscher.com

Ultrasonik untuk Daur Ulang Baterai Lithium Ion

  • Baterai lithium-ion yang digunakan pada mobil listrik baru saja hadir di pasar massal dan dengan itu, kapasitas daur ulang harus dikembangkan.
  • Pencucian ultrasonik adalah teknik yang efisien dan ramah lingkungan untuk memulihkan logam seperti Li, Mg, Co, Ni dll dari baterai Li-ion bekas.
  • Sistem ultrasonik industri Hielscher untuk aplikasi pencucian dapat diandalkan dan kuat dan dapat dengan mudah diintegrasikan ke dalam pabrik daur ulang yang ada.

Daur Ulang Baterai Lithium-ion

Baterai lithium-ion banyak digunakan pada kendaraan listrik (EV), laptop, dan ponsel. Ini berarti bahwa baterai lithium-ion bekas merupakan tantangan saat ini terkait pengelolaan limbah dan daur ulang. Baterai adalah pendorong biaya utama untuk EV, dan pembuangannya juga mahal. Aspek lingkungan dan ekonomi mendorong lingkaran daur ulang tertutup karena limbah baterai mengandung bahan berharga dan membantu mengurangi jejak karbon dari pembuatan baterai Lithium-ion.
Daur ulang baterai Li-ion berkembang menjadi sektor industri yang berkembang pesat untuk memastikan ketersediaan logam tanah jarang dan komponen baterai lainnya di masa depan dan untuk mengurangi biaya lingkungan pertambangan.

Permintaan Informasi




Perhatikan Kebijakan Privasi.




Ultrasonicator Hielscher adalah sistem yang andal dan kuat untuk pencucian logam.

Prosesor ultrasonik 48kW
untuk aplikasi yang menuntut seperti pencucian logam

Daur Ulang Pyrometallurgical dan Hydrometalurgi vs Daur Ulang Baterai Ultrasonik

Di bawah ini, kami membandingkan metode konvensional proses pirometalurgi dan hidrometalurgi dengan teknik pencucian ultrasonik mengenai kelebihan dan kekurangan.

Kekurangan Daur Ulang Baterai Konvensional

Metode tradisional yang digunakan untuk daur ulang baterai lithium-ion meliputi proses pirometalurgi dan hidrometalurgi.
 
Metode Pyrometallurgical melibatkan proses suhu tinggi seperti peleburan atau pembakaran. Baterai mengalami panas yang ekstrem, menyebabkan komponen organik terbakar, dan komponen logam yang tersisa meleleh dan dipisahkan. Namun, metode ini memiliki beberapa kelemahan:

  • Dampak Lingkungan: Proses piromtakalogis melepaskan emisi dan polutan berbahaya ke atmosfer, berkontribusi terhadap polusi udara dan berpotensi menyebabkan bahaya kesehatan.
  • Kehilangan Bahan: Proses suhu tinggi dapat mengakibatkan hilangnya bahan dan logam berharga karena degradasi termal, mengurangi tingkat pemulihan secara keseluruhan.
  • Intensif Energi: Metode ini biasanya membutuhkan input energi yang signifikan, yang meningkatkan biaya operasional dan jejak lingkungan.

 
Metode hidrometalurgi melibatkan pencucian kimia untuk melarutkan komponen baterai dan mengekstrak logam berharga. Meskipun lebih ramah lingkungan daripada metode pirometalurgi, hidrometalurgi memiliki kekurangannya sendiri:

  • Penggunaan Kimia: Asam kuat atau bahan kimia korosif lainnya diperlukan untuk pencucian, yang menimbulkan kekhawatiran tentang penanganan bahan kimia, pengelolaan limbah, dan potensi pencemaran lingkungan.
  • Tantangan Selektivitas: Mencapai pencucian selektif dari logam yang diinginkan bisa jadi sulit, yang menyebabkan tingkat pemulihan yang lebih rendah dan potensi hilangnya sumber daya yang berharga.

 

Keuntungan Pencucian Baterai Ultrasonik dibandingkan Teknik Konvensional

Jika dibandingkan dengan keduanya, teknik daur ulang pirometalurgi dan hidrometalurgi, teknik daur ulang baterai ultrasonik mengungguli karena berbagai keunggulan:

  1. Peningkatan Efisiensi: Sonikasi ultrasonik dapat mempercepat pemecahan bahan baterai, menghasilkan waktu pemrosesan yang lebih singkat dan efisiensi keseluruhan yang lebih tinggi.
  2. Tingkat Pemulihan yang Ditingkatkan: Aplikasi kavitasi ultrasonik yang terkontrol meningkatkan kerusakan komponen baterai, meningkatkan tingkat pemulihan logam berharga.
  3. Ramah lingkungan: Daur ulang ultrasonik mengurangi ketergantungan pada suhu tinggi dan bahan kimia keras, meminimalkan dampak lingkungan dan menurunkan emisi polutan.
  4. Pencucian Selektif: Aplikasi ultrasound yang terkontrol memungkinkan gangguan yang ditargetkan dari komponen tertentu di dalam baterai, memisahkannya secara efisien. Karena senyawa baterai yang dapat didaur ulang yang berbeda dihilangkan dan terlarut di bawah intensitas ultrasonik tertentu, parameter pemrosesan yang dioptimalkan memungkinkan pencucian selektif dari masing-masing bahan. Ini memfasilitasi pemisahan logam dan bahan berharga yang efisien.
  5. Mengurangi konsumsi energi: Dibandingkan dengan keduanya, metode hidrometalurgi dan terutama untuk pirometalurgi, daur ulang ultrasonik umumnya lebih hemat energi, yang mengarah pada biaya operasional yang lebih rendah dan pengurangan jejak karbon.
  6. Skalabilitas dan Fleksibilitas: Sistem ultrasonik dapat dengan mudah ditingkatkan atau diturunkan untuk mengakomodasi berbagai ukuran baterai dan kapasitas produksi. Selain itu, ultrasonicator untuk daur ulang baterai dapat dengan mudah diintegrasikan ke dalam fasilitas daur ulang baterai yang sudah ada. Tersedia di berbagai skala daya dan aksesori yang cocok seperti probe ultrasonik dan reaktor sel aliran, ultrasonicators dapat menangani komponen baterai berbagai ukuran dan kapasitas produksi, memberikan skalabilitas dan kemampuan beradaptasi dalam proses daur ulang.
  7. Integrasi Sinergis: Pencucian ultrasonik dapat diintegrasikan ke dalam jalur daur ulang baterai hidrometalurgi yang ada untuk mengintensifkan dan meningkatkan pencucian hidrometalurgi logam dan bahan berharga dari baterai Li-ion bekas.

Secara keseluruhan, daur ulang baterai ultrasonik menunjukkan janji sebagai metode yang lebih ramah lingkungan, efisien, dan selektif dibandingkan dengan pendekatan pirometalurgi dan hidrometalurgi tradisional.

 

Kavitasi Ultrasonik yang Kuat di Hielscher Cascatrode

Kavitasi Ultrasonik yang Kuat di Hielscher Cascatrode

 

Permintaan Informasi




Perhatikan Kebijakan Privasi.




Pencucian Ultrasonik Industri untuk Pemulihan Logam dari Baterai Bekas

Pencucian ultrasonik dan ekstraksi logam dapat diterapkan pada proses daur ulang baterai lithium kobalt oksida (misalnya dari laptop, smartphone, dll.) serta baterai lithium-nikel-mangan-kobalt kompleks (misalnya dari kendaraan listrik).
Reaktor ultrasonik multi-probe industri untuk pemulihan logam dari baterai Li-ion bekas. Pencucian ultarsonik memberikan hasil pemulihan lithium, kobalt, tembaga, aluminium, dan nikel yang tinggi.Ultrasonografi berdaya tinggi terkenal karena kemampuannya untuk memproses cairan kimia dan bubur untuk meningkatkan perpindahan massa dan memulai reaksi kimia.
Efek intens dari ultrasonication daya didasarkan pada fenomena kavitasi akustik. Dengan menggabungkan ultrasound berdaya tinggi ke dalam cairan / bubur, gelombang tekanan rendah dan tekanan tinggi yang bergantian dalam cairan menghasilkan gelembung vakum kecil. Rongga vakum kecil tumbuh di berbagai siklus tekanan rendah / tekanan tinggi sampai meledak dengan keras. Gelembung vakum yang runtuh dapat dianggap sebagai mikroreaktor di mana suhu hingga 5000K, tekanan hingga 1000atm, dan laju pemanasan dan pendinginan di atas 10-10 terjadi. Selanjutnya, gaya geser hidrodinamik yang kuat dan jet cair dengan kecepatan hingga 280m/s dihasilkan. Kondisi ekstrim kavitasi akustik ini menciptakan kondisi fisik dan kimia yang luar biasa dalam cairan dingin dan menciptakan lingkungan yang menguntungkan untuk reaksi kimia (yang disebut Sonochemistry).

Pencucian ultrasonik dalam daur ulang baterai Li-ion bekas. (Klik untuk memperbesar!)

Pencucian ultrasonik logam dari limbah baterai yang habis.

Kavitasi yang dihasilkan secara ultrasonik dapat menginduksi termolisis zat terlarut serta pembentukan radikal dan reagen yang sangat reaktif, seperti radikal bebas, ion hidroksida (•OH,) hidronium (H3O+) dll., yang memberikan kondisi reaktif yang luar biasa dalam cairan sehingga laju reaksi meningkat secara signifikan. Padatan, seperti partikel, dipercepat oleh jet cair dan digiling oleh tabrakan interspesifik dan abrasi, meningkatkan luas permukaan aktif dan dengan demikian perpindahan massa.
Keuntungan besar dari pencucian ultrasonik dan pemulihan logam adalah kontrol yang tepat atas parameter proses seperti amplitudo, tekanan, dan suhu. Parameter ini memungkinkan untuk menyesuaikan kondisi reaksi dengan tepat dengan media proses dan output yang ditargetkan. Selain itu, pencucian ultrasonik menghilangkan partikel logam terkecil dari substrat, sambil mempertahankan struktur mikro. Pemulihan logam yang ditingkatkan disebabkan oleh penciptaan ultrasonik dari permukaan yang sangat reaktif, peningkatan laju reaksi, dan peningkatan transportasi massa. Proses sonikasi dapat dioptimalkan dengan mempengaruhi setiap parameter dan oleh karena itu tidak hanya sangat efektif tetapi juga sangat hemat energi.
Kontrol parameter yang tepat dan efisiensi energi membuat pencucian ultrasonik menjadi teknik yang menguntungkan dan unggul – Terutama jika dibandingkan dengan teknik pencucian asam dan khelasi yang rumit.

Pemulihan Ultrasonik LiCoO2 dari Baterai Lithium-Ion Bekas

Ultrasonikasi membantu pencucian reduktif dan presipitasi kimia, yang digunakan untuk memulihkan Li sebagai Li2CO3 dan Co sebagai Co(OH)2 dari limbah baterai lithium-ion.
Zhang et al. (2014) melaporkan keberhasilan pemulihan LiCoO2 menggunakan reaktor ultrasonik. untuk menyiapkan larutan awal 600mL, mereka menempatkan 10g LiCoO yang tidak valid2 bubuk dalam gelas kimia dan menambahkan 2.0mol/L larutan LiOH, yang dicampur.
Campuran dituangkan ke dalam iradiasi ultrasonik dan perangkat pengaduk dimulai, perangkat pengaduk ditempatkan di bagian dalam wadah reaksi. Itu dipanaskan hingga 120◦C, dan kemudian Perangkat ultrasonik diatur ke 800W dan mode aksi ultrasonik diatur ke siklus kerja berdenyut 5 detik ON / 2 detik OFF. Iradiasi ultrasonik diterapkan selama 6 jam, dan kemudian campuran reaksi didinginkan hingga suhu kamar. Residu padat dicuci beberapa kali dengan air deionisasi dan dikeringkan pada suhu 80◦C sampai berat konstan. Sampel yang diperoleh dikumpulkan untuk pengujian selanjutnya dan produksi baterai. Kapasitas pengisian pada siklus pertama adalah 134.2mAh/g dan kapasitas pengosongan adalah 133.5mAh/g. Efisiensi pengisian dan pengosongan pertama kali adalah 99,5%. Setelah 40 siklus, kapasitas debit masih 132.9mAh/g. (Zhang et al. 2014)
 

Ultrasonikasi tipe Proby meningkatkan pencucian dan pemulihan logam mulia dan bahan dari baterai Li-ion bekas. Hielscher Ultrasonics memasok ultrasonicator turnkey yang siap dipasang ke pabrik daur ulang baterai untuk meningkatkan hasil daur ulang.

Menggunakan kristal LiCoO2 sebelum (a) dan setelah (b) perawatan ultrasound pada suhu 120◦C selama 6 jam.
Studi dan gambar: ©Zhang et al. 2014

 
Pencucian ultrasonik dengan asam organik seperti asam sitrat tidak hanya efektif tetapi juga ramah lingkungan. Penelitian menemukan bahwa pencucian Co dan Li lebih efisien dengan asam sitrat daripada dengan asam anorganik H2SO4 dan HCl. Lebih dari 96% Co dan hampir 100% Li ditemukan dari baterai lithium-ion bekas. Fakta bahwa asam organik seperti asam sitrat dan asam asetat tidak mahal dan dapat terurai secara hayati, berkontribusi pada keuntungan ekonomi dan lingkungan lebih lanjut dari sonikasi.

Ultrasonik Industri Berdaya Tinggi untuk Pencucian Logam dari Baterai Bekas

UIP4000hdT - Sistem ultrasonik berkinerja tinggi 4kW Hielscher Hielscher Ultrasonics adalah pemasok berpengalaman lama Anda untuk sistem ultrasonik yang sangat efisien dan andal, yang memberikan daya yang dibutuhkan untuk melarutkan logam dari bahan limbah. Untuk memproses ulang baterai li-ion dengan mengekstraksi logam seperti kobalt, lithium, nikel, dan mangan, sistem ultrasonik yang kuat dan kuat sangat penting. Unit industri Hielscher Ultrasonics seperti UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), UIP10000 (10kW), dan UIP16000 (16kW) adalah sistem ultrasound berkinerja tinggi yang paling kuat dan kuat di pasaran. Semua unit industri kami dapat terus dijalankan dengan amplitudo yang sangat tinggi hingga 200μm dalam operasi 24/7. Untuk amplitudo yang lebih tinggi, sonotrode ultrasonik yang disesuaikan tersedia. Kekokohan peralatan ultrasonik Hielscher memungkinkan pengoperasian 24/7 pada tugas berat dan di lingkungan yang menuntut. Hielscher juga memasok sonotrode dan reaktor khusus untuk suhu tinggi, tekanan, dan cairan korosif. Ini membuat ultrasonicators industri kami paling cocok untuk teknik metalurgi ekstraktif, misalnya perawatan hidrometalurgi.

Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami:

Batch Volume Flow Rate Direkomendasikan perangkat
0.1 hingga 20L 0.2 sampai 4L/min UIP2000hdT
10 sampai 100L 2-10L/min UIP4000hdT
20 hingga 200L 4 hingga 20L / mnt UIP6000hdT
n.a. 10 sampai 100L/menit UIP16000
n.a. kristal yang lebbig cluster UIP16000

Hubungi Kami! / Tanya Kami!

Silakan gunakan formulir di bawah ini, jika Anda ingin meminta informasi tambahan tentang ultrasonik homogenisasi. Kami akan sangat senang untuk menawarkan Anda sebuah sistem ultrasonik yang memenuhi persyaratan.









Harap perhatikan kami Kebijakan Privasi.






Fakta-fakta yang Patut Diketahui

Baterai Lithium-Ion

Baterai lithium-ion (LIB) adalah terme kolektif untuk baterai (isi ulang) yang menawarkan kepadatan energi tinggi dan sering diintegrasikan dalam elektronik konsumen seperti mobil elektronik, mobil hibrida, laptop, ponsel, iPod, dll. Dibandingkan dengan varian baterai isi ulang lainnya dengan ukuran dan kapasitas yang sama, LIB jauh lebih ringan.
Berbeda dengan baterai primer lithium sekali pakai, LIB menggunakan senyawa lithium interkalasi alih-alih lithium logam sebagai elektrodanya. Konstituen utama baterai lithium-ion adalah elektrodanya – anoda dan katoda – dan elektrolit.
Sebagian besar sel berbagi komponen umum dalam hal elektrolit, pemisah, foil, dan casing. Perbedaan utama antara teknologi sel adalah bahan yang digunakan sebagai “bahan aktif” seperti katoda dan anoda. Grafit adalah bahan yang paling sering digunakan sebagai anoda, sedangkan katoda terbuat dari LiMO2 berlapis (M = Mn, Co, dan Ni), spinel LiMn2O4, atau olivin LiFePO4. Elektrolit cair organik elektrolit (misalnya, garam LiPF6 yang dilarutkan dalam campuran pelarut organik, seperti etilen karbonat (EC), dimetil karbonat (DMC), dietil karbonat (DEC), etil metil karbonat (EMC), dll.) memungkinkan pergerakan ionik.
Bergantung pada bahan elektroda positif (katoda) dan negatif (anoda), kerapatan energi dan tegangan LIB masing-masing bervariasi.
Saat digunakan pada kendaraan listrik, seringkali baterai kendaraan listrik (EVB) atau baterai traksi digunakan. Baterai traksi semacam itu digunakan pada forklift, kereta golf listrik, scrubber lantai, sepeda motor listrik, mobil listrik, truk, van, dan kendaraan listrik lainnya.

Daur Ulang Logam dari Baterai Li-Ion Bekas

Dibandingkan dengan jenis baterai lain yang sering mengandung timbal atau kadmium, baterai Li-ion mengandung logam yang lebih sedikit beracun dan oleh karena itu dianggap ramah lingkungan. Namun, sejumlah besar baterai Li-ion bekas, yang harus dibuang sebagai baterai bekas dari mobil listrik, menghadirkan masalah limbah. Oleh karena itu, loop daur ulang tertutup baterai Li-ion diperlukan. Dari sudut pandang ekonomis, unsur-unsur logam seperti besi, tembaga, nikel, kobalt, dan litium dapat dipulihkan dan digunakan kembali dalam produksi baterai baru. Daur ulang juga dapat mencegah kekurangan di masa depan.
Meskipun baterai dengan beban nikel yang lebih tinggi masuk ke pasar, tidak mungkin memproduksi baterai tanpa kobalt. Kandungan nikel yang lebih tinggi harus dibayar: Dengan peningkatan kandungan nikel, stabilitas baterai menurun dan dengan demikian masa pakai siklus dan kemampuan pengisian cepat berkurang.

Meningkatnya permintaan untuk baterai Li-ion. Sumber: Deutsche Bank

Meningkatnya permintaan untuk baterai Li-ion menuntut peningkatan kapasitas daur ulang untuk baterai limbah.

Proses Daur Ulang

Baterai kendaraan listrik seperti Tesla Roadster memiliki perkiraan masa pakai 10 tahun.
Daur ulang baterai Li-ion yang habis adalah proses yang menuntut karena tegangan tinggi dan bahan kimia berbahaya terlibat, yang disertai dengan risiko pelarian termal, sengatan listrik, dan emisi zat berbahaya.
Untuk membangun daur ulang loop tertutup, setiap ikatan kimia dan semua unsur harus dipisahkan menjadi fraksi masing-masing. Namun, energi yang dibutuhkan untuk daur ulang loop tertutup seperti itu sangat mahal. Bahan yang paling berharga untuk pemulihan adalah logam seperti Ni, Co, Cu, Li, dll. karena penambangan yang mahal dan harga pasar yang tinggi dari komponen logam membuat daur ulang menarik secara ekonomi.
Proses daur ulang baterai Li-ion dimulai dengan pembongkaran dan pengosongan baterai. Sebelum membuka baterai, diperlukan pasif untuk menonaktifkan bahan kimia di dalam baterai. Pasvasi dapat dicapai dengan pembekuan kriogenik atau oksidasi terkontrol. Tergantung pada ukuran baterai, baterai dapat dibongkar dan dibongkar hingga ke sel. Setelah pembongkaran dan penghancuran, komponen diisolasi dengan beberapa metode (misalnya penyaringan, pengayakan tangan, pemisahan magnetik, basah, dan balistik) untuk menghilangkan selubung sel, aluminium, tembaga dan plastik dari bubuk elektroda. Pemisahan bahan elektroda diperlukan untuk proses hilir, misalnya pengolahan hidrometalurgi.
Pirolisis
Untuk pemrosesan pirolitik, baterai parut dilebur dalam tungku di mana batu kapur ditambahkan sebagai agen pembentuk terak.

Proses Hidrotermal
Pemrosesan hidrometalurgi didasarkan pada reaksi asam untuk mengendapkan garam sebagai logam. Proses hidrometalurgi yang khas meliputi pencucian, pengendapan, pertukaran ion, ekstraksi pelarut, dan elektrolisis larutan berair.
Keuntungan dari pemrosesan hidrotermal adalah hasil pemulihan yang tinggi dari +95% Ni dan Co sebagai garam, +90% Li dapat diendapkan, dan sisanya dapat dipulihkan hingga +80%.

Terutama kobalt merupakan komponen penting dalam katoda baterai lithium-ion untuk aplikasi energi dan daya tinggi.
Mobil hibrida saat ini seperti Toyota Prius, menggunakan baterai nikel logam hidrida, yang dibongkar, dikosongkan, dan didaur ulang dengan cara yang mirip dengan baterai Li-ion.

Literatur / Referensi

  • Golmohammadzadeh R., Rashchi F., Vahidi E. (2017): Recovery of lithium and cobalt from spent lithium-ion batteries using organic acids: Process optimization and kinetic aspects. Waste Management 64, 2017. 244–254.
  • 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.

Hielscher Ultrasonics memproduksi ultrasonicator berkinerja tinggi.

Sonikasi yang kuat dari laboratorium dan bench-top hingga produksi industri.

Kami akan dengan senang hati mendiskusikan proses Anda.

Let's get in contact.