Ultrasonik Membuat Daur Ulang Baterai Lithium-Ion Lebih Efisien

Lithium adalah bahan langka dan sangat berharga yang ada dalam baterai berkinerja tinggi, seperti baterai Li-ion. Lithium adalah bahan paling berharga yang dipulihkan dalam daur ulang baterai Li-ion, tetapi juga mineral dan logam lain seperti kobalt, mangan, nikel, tembaga dan aluminium adalah logam berharga untuk pemulihan. Ultrasonikasi intensitas tinggi digunakan sebagai teknik agitasi dan pencucian geser tinggi untuk mengekstraksi, menghilangkan, dan melarutkan mineral dan logam berharga dari baterai bekas. Metode sonikasi sangat berkhasiat, hemat energi, dan tersedia untuk dipasang di fasilitas daur ulang komersial penuh.

Gambaran Umum: Proses Daur Ulang Baterai Li-Ion

Proses daur ulang logam mulia dan bahan dari baterai Li-ion bekas biasanya melibatkan beberapa langkah. Berikut ikhtisar umumnya:

1. Pengumpulan dan penyortiran: Baterai Li-ion bekas dikumpulkan dan disortir berdasarkan jenis dan kimianya.
2. Pembongkaran: Pertama, penutup plastik baterai dipecah dan dilepas. Setelah itu, baterai telanjang dimasukkan ke dalam nitrogen cair untuk menetralkan zat reaktif dan mudah meledak. Langkah ini memastikan bahwa pelepasan tiba-tiba dari semua energi yang tersimpan dan pengapian dan ledakan berikutnya yang terkait dengan dicegah. Kemudian, baterai dibongkar untuk memisahkan komponen yang berbeda, seperti katoda, anoda, elektrolit, dan casing.
3. Motong: Baterai yang dibongkar diparut menjadi potongan-potongan yang lebih kecil untuk meningkatkan luas permukaan untuk proses selanjutnya.
4. Delaminasi elektroda: Sebelum perawatan ekstraksi logam, elektroda yang terisolasi, yaitu katoda dan anoda, harus dibongkar lebih lanjut. Karena bahan katoda umumnya dilekatkan pada aluminium foil dengan pengikat, biasanya polyvinylidene fluoride (PVDF) atau polytetrafluoroethylene (PTFE), adalah tugas yang sulit untuk menghilangkan katoda dan aluminium foil satu sama lain.
5. Perlakuan kimia: Komponen baterai yang diparut mengalami berbagai perlakuan kimia untuk melarutkan dan memisahkan bahan yang berbeda. Ini mungkin melibatkan pencucian dengan asam atau pelarut lain untuk mengekstraksi logam berharga seperti lithium, kobalt, nikel, dan tembaga.
6. Pemulihan dan pemurnian: Logam terlarut kemudian dipulihkan dari larutan melalui proses seperti pengendapan, ekstraksi pelarut, atau metode elektrokimia. Langkah-langkah ini membantu memurnikan dan memusatkan logam mulia.

Pemulihan Logam Mulia Ditingkatkan dengan Sonikasi

Ultrasonografi daya dapat meningkatkan langkah-langkah delaminasi elektroda dan pencucian logam mulia dan bahan dengan mengintensifkan reaksi sehingga membuat proses pemulihan secara signifikan lebih efisien. Ultrasonikasi, ini adalah teknik yang memanfaatkan gelombang ultrasound intensitas tinggi untuk menciptakan getaran mekanis dan kavitasi akustik dalam media cair. Kekuatan ultrasonikasi yang kuat digunakan untuk meningkatkan proses daur ulang logam mulia dari baterai Li-ion bekas dengan beberapa cara:
 

1. Disintegrasi: Ultrasonikasi memecah bahan baterai yang dirobek sehingga partikel yang lebih kecil tercipta. Partikel yang lebih kecil menawarkan luas permukaan yang lebih tinggi yang membuat pencucian kimia lebih efektif, membantu pembebasan logam berharga.
2. Pencucian yang ditingkatkan: Penerapan ultrasonikasi selama proses pencucian dapat meningkatkan kontak antara bahan padat dan larutan pencucian, meningkatkan efisiensi ekstraksi logam. Pencucian ultrasonik mempromosikan ekstraksi logam dan meningkatkan hasil logam dan mineral yang dipulihkan seperti kobalt, mangan, nikel, tembaga dan aluminium.
3. Delaminasi elektroda yang ditingkatkan: Tujuan delaminasi elektroda selama daur ulang baterai adalah untuk memisahkan komponen yang berbeda, seperti elektroda, elektrolit, dan pemisah, sehingga dapat diproses lebih lanjut atau didaur ulang satu per satu. Ultrasonikasi membantu pelepasan dan penghapusan pelapis dari elektroda. Gaya sonomekanis mempromosikan pemisahan lapisan elektroda yang efisien.
4. Reaksi yang dipercepat: Ultrasonikasi mempromosikan pencampuran yang lebih cepat dan lebih menyeluruh, yang dapat mempercepat reaksi kimia selama langkah pemulihan dan pemurnian logam.
5. Mengurangi konsumsi energi: Ultrasonikasi dapat meningkatkan efisiensi proses, mengurangi waktu dan energi yang dibutuhkan untuk pemulihan logam dari baterai bekas.

 
Ultrasonikasi dapat memainkan peran yang menguntungkan dalam meningkatkan proses daur ulang logam mulia dan bahan dari baterai Li-ion bekas dengan meningkatkan efektivitas dan efisiensi berbagai langkah yang terlibat dalam proses daur ulang.
Langkah-langkah proses pencucian logam ultrasonik dan delaminasi elektroda dapat disesuaikan dengan proses daur ulang individu, yang dapat bervariasi karena perusahaan yang berspesialisasi dalam daur ulang baterai Li-ion mengembangkan dan memodifikasi proses mereka dengan efisiensi tertinggi.

Kavitasi Ultrasonik untuk Pemisahan Katoda

Ultrasonikasi memisahkan bahan katoda dari aluminium foil dengan efek kavitasi akustik. Kavitasi akustik atau ultrasonik ditentukan oleh tekanan tinggi yang terjadi secara lokal, suhu tinggi dan penurunan berikutnya yang menghasilkan perbedaan tekanan dan suhu masing-masing serta turbulensi mikro yang intens dan jet mikro geser tinggi. Gaya kavitasi ini mempengaruhi batas permukaan, mendorong perpindahan massa dan menyebabkan erosi. Menghasilkan kekuatan yang begitu kuat dari sifat kimia, fisik, termal dan mekanik, kavitasi ultrasonik menciptakan agitasi dan perpindahan massa yang diperlukan untuk mematahkan struktur pengikat organik yang digunakan dalam baterai lithium-ion untuk memasang katoda ke kolektor / aluminium foil.
Sementara agitasi mekanis seperti pengadukan saja tidak cukup untuk melepaskan bahan katoda secara efektif dari aluminium foil, ultrasonikasi intensitas tinggi menyediakan energi sonokimia dan sonomekanik yang diperlukan untuk menghilangkan bahan katoda sepenuhnya dari kolektor. Berbeda dengan pengadukan mekanis, kavitasi ultrasonik menghasilkan turbulensi yang intens, suhu dan tekanan tinggi secara lokal serta agitasi, aliran dan jet cair, yang memecah pengikat, misalnya PVDF atau PTFE, yang menghubungkan katoda ke foil Al, dan mengikis permukaan keduanya, katoda dan foil Al. Dengan demikian, pengikat antara kedua bahan dihancurkan dengan benar dan katoda dan aluminium foil dipisahkan secara efektif.
Misalnya, pemisahan ultrasonik menghasilkan efisiensi tinggi dari penghilangan katoda sebesar 99% menggunakan N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) sebagai pelarut pada 70 °C (daya ultrasonik 240 W, dan waktu pemrosesan ultrasonik 90 menit). Karena pemisahan katoda ultrasonik menyebarkan material secara merata dan mencegah aglomerat yang lebih besar, proses pencucian logam berikutnya difasilitasi.
Baca lebih lanjut tentang delaminasi elektroda ultrasonik untuk memulihkan bahan aktif dan foil kolektor arus!

Pencucian Ultrasonik Mineral

Efek kavitasi ultrasonik yang dijelaskan di atas juga mendorong pencucian logam dari baterai bekas. Ultrasonikasi intensitas tinggi tidak hanya digunakan untuk memulihkan mineral dalam daur ulang baterai, tetapi juga sering digunakan dalam hidrometalurgi dan pencucian bijih berharga (misalnya tailing penambangan). Suhu, tekanan, dan gaya geser lokal yang tinggi mengintensifkan pencucian logam dan meningkatkan efisiensi pencucian secara signifikan. Sementara di titik panas kavitasi terjadi suhu lokal yang sangat ekstrem hingga 1000 K, kondisi pencucian keseluruhan hanya membutuhkan suhu ringan sekitar 50-60 °C. Ini membuat pemulihan logam ultrasonik hemat energi dan ekonomis.
Pencucian ultrasonik mineral dari baterai Li-ion bekas ditandai dengan tingkat pemulihan dan efisiensi yang tinggi. Misalnya, asam sulfat (H2SO4) berhasil digunakan sebagai zat pencucian dengan adanya hidrogen peroksida (H2O2) selama pemulihan mineral ultrasonik dari katoda. Pencucian ultrasonik dengan asam sulfat menghasilkan tingkat pemulihan masing-masing 94,63% untuk kobalt, dan 98,62% untuk lithium.
Pencucian ultrasonik dengan asam sitrat organik (C6H8O7· H2O) menghasilkan pemulihan tembaga dan litium yang sangat tinggi, memperoleh 96% tembaga dan hampir 100% litium dari baterai Li-ion bekas.

Sederhana dan Aman: Peningkatan Ultrasonik Dari Uji Kelayakan hingga Daur Ulang Industri

Peralatan ultrasonik berkinerja tinggi untuk daur ulang baterai Li-ion sudah tersedia untuk instalasi bench-top, pilot dan industri. Karena pemisahan katoda ultrasonik dan pencucian ultrasonik mineral dari baterai bekas sudah menjadi proses yang sudah ditetapkan, proses dari uji coba pertama, pengoptimalan untuk persyaratan proses spesifik Anda dan pemasangan sistem pemisahan dan/atau pencucian ultrasonik industri sepenuhnya cepat dan sederhana.
Baca lebih lanjut tentang keuntungan pencucian ultrasonik untuk daur ulang baterai yang berkelanjutan dan pertambangan perkotaan!

Ultrasonicators Kinerja Tinggi Untuk Daur Ulang Baterai

Hielscher Ultrasonics memasok ultrasonicator berkinerja tinggi pada berbagai ukuran dan kapasitas. Dengan UIP16000 (16kW), Hielscher memproduksi prosesor ultrasonik paling kuat di seluruh dunia. UIP16000 serta semua sistem ultrasonik industri lainnya dapat dengan mudah dikelompokkan ke kapasitas pemrosesan yang diperlukan. Semua ultrasonicator Hielscher dibuat untuk operasi 24/7 di bawah beban penuh dan di lingkungan yang menuntut.
Hielscher Ultrasonics’ prosesor ultrasonik industri dapat memberikan amplitudo yang sangat tinggi. Amplitudo hingga 200μm dapat dengan mudah dijalankan terus menerus dalam operasi 24/7. Untuk amplitudo yang lebih tinggi, sonotrode ultrasonik yang disesuaikan tersedia.

Probe Ultrasonik dan Reaktor Sono untuk Volume Berapa Pun

Rangkaian produk Hielscher Ultrasonics mencakup spektrum penuh prosesor ultrasonik dari ultrasonicator lab kompak melalui sistem bench-top dan pilot hingga prosesor ultrasonik industri penuh dengan kapasitas untuk memproses muatan truk per jam. Rangkaian produk lengkap memungkinkan kami untuk menawarkan peralatan ultrasonik yang paling cocok untuk aplikasi, kapasitas proses, dan target produksi Anda.

Amplitudo yang dapat dikontrol secara tepat untuk hasil yang optimal

Semua prosesor ultrasonik Hielscher dapat dikontrol secara tepat dan dengan demikian kuda kerja yang andal di R&D dan produksi. Amplitudo adalah salah satu parameter proses penting yang mempengaruhi efisiensi dan efektivitas reaksi yang diinduksi secara sonokimia dan sonomekanis. Semua Ultrasonik Hielscher’ prosesor memungkinkan pengaturan amplitudo yang tepat. Sonotrodes dan klakson booster adalah aksesori yang memungkinkan untuk memodifikasi amplitudo dalam jangkauan yang lebih luas. Prosesor ultrasonik industri Hielscher dapat memberikan amplitudo yang sangat tinggi dan memberikan intensitas ultrasonik yang diperlukan untuk aplikasi yang menuntut. Amplitudo hingga 200μm dapat dengan mudah dijalankan terus menerus dalam operasi 24/7.
Pengaturan amplitudo yang tepat dan pemantauan permanen parameter proses ultrasonik melalui perangkat lunak pintar memberi Anda kemungkinan untuk memisahkan katoda dari aluminium foil serta untuk melarutkan mineral dan logam dari baterai Li-ion bekas dalam kondisi ultrasonik yang paling efektif. Sonikasi optimal untuk daur ulang baterai Li-ion yang paling efisien!
Kekokohan ultrssonicator Hielscher memungkinkan pengoperasian 24/7 pada tugas berat dan di lingkungan yang menuntut. Hal ini membuat sonikator Hielscher adalah alat kerja yang andal yang memenuhi persyaratan proses daur ulang Anda.

Kualitas Tertinggi – Dirancang dan Diproduksi di Jerman

Sebagai bisnis milik keluarga dan dikelola keluarga, Hielscher memprioritaskan standar kualitas tertinggi untuk prosesor ultrasoniknya. Semua ultrasonicator dirancang, diproduksi dan diuji secara menyeluruh di kantor pusat kami di Teltow dekat Berlin, Jerman. Kekokohan dan keandalan peralatan ultrasonik Hielscher menjadikannya kuda kerja dalam produksi Anda. Operasi 24/7 di bawah beban penuh dan di lingkungan yang menuntut adalah karakteristik alami dari probe dan reaktor ultrasonik berkinerja tinggi Hielscher.

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

Fakta-fakta yang Patut Diketahui

Apa itu Baterai Lithium-Ion?

Baterai lithium-ion, juga baterai Li-ion, adalah jenis baterai isi ulang. Dibandingkan dengan baterai berbasis timbal dan nikel, perangkat lithium-ion menggunakan katoda, anoda, dan elektrolit sebagai konduktor.
Seperti semua baterai, baterai Li-ion menyimpan energi kimia, yang kemudian diubah menjadi energi listrik untuk memberikan muatan listrik statis untuk daya.
Baterai lithium-ion biasanya digunakan untuk elektronik portabel seperti laptop, ponsel pintar serta kendaraan listrik. Penerapan baterai Li-ion juga membangkitkan minat yang meningkat dari perusahaan militer dan kedirgantaraan.