Ultrasonik untuk Daur Ulang Baterai Lithium Ion

  • Baterai lithium-ion yang digunakan dalam mobil listrik sekarang datang ke pasar massal dan dengan itu, kapasitas daur ulang harus dikembangkan.
  • Ultrasonik pencucian adalah teknik yang efisien, ramah lingkungan untuk memulihkan logam seperti Li, Mg, Co, Ni dll dari baterai Li-ion yang dihabiskan.
  • 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 secara luas digunakan dalam kendaraan listrik (EV), laptop dan ponsel. Ini berarti bahwa baterai lithium-ion yang dihabiskan adalah tantangan saat ini terkait pengelolaan limbah dan daur ulang. Baterai adalah sopir biaya utama untuk EVs, dan pembuangan mereka mahal juga. Aspek lingkungan dan ekonomis mendorong daur ulang lingkaran 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 untuk memastikan ketersediaan masa depan logam tanah langka dan komponen baterai lainnya dan untuk mengurangi biaya lingkungan penambangan.

Permintaan Informasi




Perhatikan Kebijakan pribadi.


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

Prosesor ultrasonik 48kW
untuk aplikasi yang menuntut seperti pencucian logam

Daur Ulang Pirometalurgi dan Hidrometalurgi 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 pirometalurgi melibatkan proses suhu tinggi seperti peleburan atau pembakaran. Baterai mengalami panas yang ekstrem, menyebabkan komponen organik terbakar, dan komponen logam yang tersisa meleleh dan terpisah. Namun, metode ini memiliki beberapa kelemahan:

  • Dampak Lingkungan: Proses pirometalurgi melepaskan emisi berbahaya dan polutan 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 kelemahannya 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 logam yang diinginkan bisa jadi sulit, yang mengarah ke tingkat pemulihan yang lebih rendah dan potensi hilangnya sumber daya berharga.

 

Keuntungan dari Pencucian Baterai Ultrasonik dibandingkan Teknik Konvensional

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

  1. Peningkatan Efisiensi: Sonikasi ultrasonik dapat mempercepat pemecahan bahan baterai, menghasilkan waktu pemrosesan yang lebih pendek 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. Leaching selektif: Aplikasi ultrasound yang terkontrol memungkinkan gangguan yang ditargetkan pada komponen tertentu di dalam baterai, memisahkannya secara efisien. Karena senyawa baterai daur ulang yang berbeda dihilangkan terlarut di bawah intensitas ultrasonik tertentu, parameter pemrosesan yang dioptimalkan memungkinkan pencucian selektif masing-masing bahan. Ini memfasilitasi pemisahan logam dan bahan berharga secara efisien.
  5. Mengurangi konsumsi energi: Dibandingkan dengan keduanya, hidrometalurgi dan terutama untuk metode pirometalurgi, daur ulang ultrasonik umumnya lebih hemat energi, yang mengarah ke biaya operasional yang lebih rendah dan mengurangi jejak karbon.
  6. Skalabilitas dan Fleksibilitas: Sistem ultrasonik dapat dengan mudah ditingkatkan atau diturunkan untuk mengakomodasi berbagai ukuran baterai dan kapasitas produksi. Selain itu, ultrasonicators 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 pribadi.


Pencucian Ultrasonik Industri untuk Pemulihan Logam dari Baterai yang Dihabiskan

Ultrasonik pencucian dan ekstraksi logam dapat diterapkan untuk 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 yang tinggi dari lithium, kobalt, tembaga, aluminium, dan nikel.Ultrasound daya tinggi terkenal karena kemampuannya untuk memproses cairan kimia dan slurry untuk meningkatkan transfer massa dan memulai reaksi kimia.
Efek intens dari ultrasonication daya didasarkan pada fenomena kavitasi akustik. Dengan menggabungkan ultrasound daya tinggi ke dalam cairan / bubur, gelombang tekanan rendah dan tekanan tinggi dalam cairan menghasilkan gelembung vakum kecil. Void vakum kecil tumbuh di atas 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 1000m, dan tingkat 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 (disebut demikian Sonochemistry).

Ultrasonic Leaching dalam Daur Ulang Baterai Li-Ion. (Klik untuk memperbesar!)

Ultrasonik pencucian 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 pancaran cairan dan digiling oleh tumbukan interpartikular dan abrasi yang 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 tepat dengan medium proses dan output yang ditargetkan. Selanjutnya, pencucian ultrasonik menghilangkan bahkan partikel logam terkecil dari substrat, sambil mempertahankan struktur mikro. Pemulihan logam yang ditingkatkan adalah karena pembuatan ultrasonik dari permukaan yang sangat reaktif, peningkatan laju reaksi, dan peningkatan transportasi massal. Proses Sonication 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 energinya membuat teknik pencucian ultrasonik menjadi teknik yang menguntungkan dan unggul – terutama bila dibandingkan dengan teknik pencucian asam dan chelation yang rumit.

Ultrasonic Recovery dari LiCoO2 dari Baterai Litium-Ion Bekas

Ultrasonication membantu pencucian reduktif dan presipitasi kimia, yang digunakan untuk memulihkan Li sebagai Li2BERSAMA3 dan Co as Co (OH)2 dari limbah baterai lithium-ion.
Zhang et al. (2014) melaporkan keberhasilan pemulihan LiCoO2 menggunakan reaktor ultrasonik. untuk menyiapkan solusi awal 600mL, mereka menempatkan 10g LiCoO yang tidak valid2 bubuk dalam gelas dan menambahkan 2.0mol / L larutan LiOH, yang dicampur.
Campuran dituangkan ke dalam iradiasi ultrasonik dan alat pengaduk dimulai, alat pengaduk ditempatkan di bagian dalam wadah reaksi. Itu dipanaskan hingga 120◦C, dan kemudian Perangkat ultrasonik diatur ke 800W dan mode ultrasonik tindakan diatur ke siklus tugas berdenyut 5 detik. AKTIF / 2detik. MATI. Iradiasi ultrasonik diaplikasikan selama 6 jam, dan kemudian campuran reaksi didinginkan hingga suhu kamar. Residu padat dicuci beberapa kali dengan air deionisasi dan dikeringkan pada 80◦C sampai berat konstan. Sampel yang diperoleh dikumpulkan untuk pengujian berikutnya dan produksi baterai. Kapasitas muatan dalam siklus pertama adalah 134,2 mAh / g dan kapasitas debit adalah 133,5 mAh / g. Efisiensi muatan dan debit pertama kali adalah 99,5%. Setelah 40 siklus, kapasitas debit masih 132,9 mAh / g. (Zhang et al. 2014)
 

Ultrasonication tipe Proby meningkatkan pencucian dan pemulihan logam mulia dan bahan dari baterai Li-ion yang dihabiskan. Hielscher Ultrasonics memasok ultrasonikator turnkey siap untuk instalasi ke pabrik daur ulang baterai untuk meningkatkan hasil daur ulang.

Menggunakan kristal LiCoO2 sebelum (a) dan sesudah (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 dibandingkan 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 biodegradable, berkontribusi terhadap keuntungan ekonomi dan lingkungan lebih lanjut dari sonikasi.

Ultrasonik Industri Daya Tinggi untuk Pencucian Logam dari Baterai yang Dihabiskan

UIP4000hdT - Hielscher's 4kW high-performance ultrasonic system Hielscher Ultrasonics adalah pemasok lama berpengalaman Anda untuk sistem ultrasonik yang sangat efisien dan andal, yang memberikan daya yang dibutuhkan untuk melepaskan 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. Hielscher Ultrasonics unit industri seperti UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), UIP10000 (10kW), dan UIP16000 (16kW) adalah sistem ultrasound kinerja tinggi yang paling kuat dan kuat di pasar. Semua unit industri kami dapat terus berjalan dengan amplitudo yang sangat tinggi hingga 200μm dalam operasi 24/7. Untuk amplitudo yang lebih tinggi, sonotrodes ultrasonik yang disesuaikan tersedia. Kekokohan peralatan ultrasonik Hielscher memungkinkan untuk operasi 24/7 pada tugas berat dan di lingkungan yang menuntut. Hielscher memasok sonotrodes khusus dan reaktor untuk suhu tinggi, tekanan dan cairan korosif juga. Hal 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 dicatat bahwa Kebijakan pribadi.




Fakta-fakta yang Patut Diketahui

Baterai Lithium-Ion

Baterai lithium-ion (LIB) adalah istilah kolektif untuk baterai (yang dapat diisi ulang) yang menawarkan kepadatan energi yang tinggi dan sering terintegrasi dalam elektronik konsumen seperti mobil elektronik, mobil hibrida, laptop, telepon seluler, iPod, dll. Dibandingkan dengan varian lain dari baterai isi ulang dengan ukuran dan kapasitas yang sama, LIB secara signifikan lebih ringan.
Tidak seperti baterai primer lithium sekali pakai, LIB menggunakan senyawa litium interkalatif sebagai pengganti lithium logam sebagai elektrode. Konstituen utama dari baterai lithium-ion adalah elektrodanya – anoda dan katoda – dan elektrolit.
Sebagian besar sel berbagi komponen umum dalam hal elektrolit, separator, foil dan casing. Perbedaan utama antara teknologi sel adalah material yang digunakan sebagai “bahan aktif” seperti katoda dan anoda. Grafit adalah material yang paling sering digunakan sebagai anoda, sedangkan katoda terbuat dari LiMO2 berlapis (M = Mn, Co, dan Ni), spinel LiMn2O4, atau LiFePO olivin4. Elektrolit cairan elektrolit organik (misalnya, garam LiPF6 dilarutkan dalam campuran pelarut organik, seperti etilena karbonat (EC), dimetil karbonat (DMC), dietil karbonat (DEC), etil metil karbonat (EMC), dll.) Memungkinkan untuk gerakan ionik.
Tergantung pada material elektroda positif (katoda) dan negatif (anoda), kerapatan energi dan tegangan LIB bervariasi masing-masing.
Ketika digunakan dalam kendaraan listrik, sering baterai kendaraan listrik (EVB) atau baterai traksi digunakan. Baterai traksi seperti ini digunakan dalam forklift, kereta golf listrik, pembersih lantai, sepeda motor listrik, mobil listrik, truk, van, dan kendaraan listrik lainnya.

Daur Ulang Logam dari Baterai Bekas Li-Ion

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

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

Tumbuh permintaan untuk baterai Li-ion meminta peningkatan kapasitas daur ulang untuk baterai limbah.

Proses Daur Ulang

Baterai kendaraan listrik seperti Tesla Roadster memiliki perkiraan umur 10 tahun.
Daur ulang baterai Li-ion yang habis adalah proses yang menuntut karena tegangan tinggi dan bahan kimia berbahaya terlibat, yang datang dengan risiko pelarian termal, kejutan listrik dan emisi zat berbahaya.
Untuk membuat daur ulang siklus tertutup, setiap ikatan kimia dan semua elemen harus dipisahkan ke dalam pecahan masing-masing. Namun, energi yang dibutuhkan untuk daur ulang putaran tertutup sangat mahal. Bahan yang paling berharga untuk pemulihan adalah logam seperti Ni, Co, Cu, Li, dll. Karena pertambangan 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 pemakaian baterai. Sebelum membuka baterai, passivasi diperlukan untuk menonaktifkan bahan kimia di dalam baterai. Pasifasi dapat dicapai dengan pembekuan kriogenik atau oksidasi terkontrol. Tergantung pada ukuran baterai, baterai dapat dibongkar dan dibongkar ke bawah ke sel. Setelah pembongkaran dan penghancuran, komponen diisolasi dengan beberapa metode (misalnya penyaringan, pengayakan, pengambilan tangan, magnetik, basah, dan pemisahan balistik) untuk menghilangkan sel casing, aluminium, tembaga dan plastik dari serbuk elektroda. Pemisahan bahan elektroda diperlukan untuk proses hilir, misalnya perawatan hidrometalurgi.
Pirolisis
Untuk pemrosesan pirolitik, baterai parut dilebur dalam tungku di mana batu gamping ditambahkan sebagai zat pembentuk terak.

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

Terutama kobalt adalah komponen penting dalam katoda baterai lithium-ion untuk energi tinggi dan aplikasi daya.
Mobil hibrida saat ini seperti Toyota Prius, menggunakan baterai hidrida logam nikel, yang dibongkar, dibuang dan didaur ulang dengan cara yang sama seperti 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 ultrasonicators berkinerja tinggi.

Sonication yang kuat dari lab dan bench-top ke produksi industri.

Kami akan dengan senang hati mendiskusikan proses Anda.

Mari kita hubungi.