Teknologi Ultrasonik Membuat Daur Ulang Baterai Litium-Ion Lebih Efisien

Litium merupakan material langka dan sangat bernilai yang terdapat dalam baterai berkinerja tinggi, seperti baterai Li-ion. Litium merupakan material paling bernilai yang diperoleh kembali dalam daur ulang baterai Li-ion, tetapi mineral dan logam lain seperti kobalt, mangan, nikel, tembaga, dan aluminium juga merupakan logam bernilai untuk diperoleh kembali. Ultrasonikasi berintensitas tinggi digunakan sebagai teknik agitasi dengan gaya geser tinggi dan pelindian untuk mengekstraksi, mengeluarkan, dan melarutkan mineral serta logam bernilai dari baterai bekas. Metode sonikasi sangat efektif, hemat energi, dan tersedia untuk dipasang di fasilitas daur ulang berskala komersial penuh.

Gambaran Umum: Proses Daur Ulang Baterai Li-Ion

Proses daur ulang logam mulia dan material dari baterai Li-ion bekas biasanya melibatkan beberapa tahap. Berikut gambaran umumnya:

1. Pengumpulan dan pemilahan: Baterai Li-ion bekas dikumpulkan dan dipilah berdasarkan jenis dan komposisi kimianya.
2. Pembongkaran: Pertama, penutup plastik baterai dipecah dan dilepas. Setelah itu, baterai tanpa penutup dimasukkan ke dalam nitrogen cair untuk menetralkan zat reaktif dan eksplosif. Tahap ini memastikan bahwa pelepasan mendadak seluruh energi yang tersimpan serta penyalaan dan ledakan terkait yang terjadi setelahnya dapat dicegah. Kemudian, baterai dibongkar untuk memisahkan berbagai komponennya, seperti katode, anode, elektrolit, dan selubung.
3. Pencacahan: Baterai yang telah dibongkar dicacah menjadi potongan yang lebih kecil untuk meningkatkan luas permukaan bagi proses selanjutnya.
4. Delaminasi elektrode: Sebelum perlakuan ekstraksi logam, elektrode yang telah dipisahkan, yaitu katode dan anode, harus dibongkar lebih lanjut. Karena material katode umumnya direkatkan pada foil aluminium dengan bahan pengikat, biasanya polivinilidena fluorida (PVDF) atau politetrafluoroetilena (PTFE), memisahkan katode dan foil aluminium satu sama lain merupakan pekerjaan yang sulit.
5. Perlakuan kimia: Komponen baterai yang telah dicacah menjalani berbagai perlakuan kimia untuk melarutkan dan memisahkan berbagai material. Perlakuan ini dapat melibatkan pelindian dengan asam atau pelarut lain untuk mengekstraksi logam bernilai seperti litium, kobalt, nikel, dan tembaga.
6. Perolehan kembali dan pemurnian: Logam yang telah terlarut kemudian diperoleh kembali dari larutan melalui proses seperti pengendapan, ekstraksi pelarut, atau metode elektrokimia. Tahap-tahap ini membantu memurnikan dan memekatkan logam mulia.

Peningkatan Perolehan Kembali Logam Mulia dengan Sonikasi

Ultrasonik berdaya tinggi dapat meningkatkan tahap delaminasi elektrode dan pelindian logam mulia serta material dengan mengintensifkan reaksi sehingga proses perolehan kembali menjadi jauh lebih efisien. Ultrasonikasi merupakan teknik yang memanfaatkan gelombang ultrasonik berintensitas tinggi untuk menghasilkan getaran mekanis dan kavitasi akustik dalam medium cair. Gaya kuat dari ultrasonikasi digunakan untuk meningkatkan proses daur ulang logam mulia dari baterai Li-ion bekas dengan beberapa cara:
 

1. Disintegrasi: Ultrasonikasi memecah material baterai yang telah dicacah sehingga terbentuk partikel yang lebih kecil. Partikel yang lebih kecil memberikan luas permukaan yang lebih besar sehingga pelindian kimia menjadi lebih efektif dan membantu pembebasan logam bernilai.
2. Peningkatan pelindian: Penerapan ultrasonikasi selama proses pelindian dapat meningkatkan kontak antara material padat dan larutan pelindi, sehingga meningkatkan efisiensi ekstraksi logam. Pelindian ultrasonik mendorong ekstraksi logam dan meningkatkan hasil perolehan kembali logam serta mineral seperti kobalt, mangan, nikel, tembaga, dan aluminium.
3. Peningkatan delaminasi elektrode: Tujuan delaminasi elektrode selama daur ulang baterai adalah memisahkan berbagai komponen, seperti elektrode, elektrolit, dan separator, agar dapat diproses lebih lanjut atau didaur ulang secara terpisah. Ultrasonikasi membantu pelepasan dan penghilangan lapisan dari elektrode. Gaya sonomekanis mendorong pemisahan lapisan elektrode secara efisien.
4. Percepatan reaksi: Ultrasonikasi mendorong pencampuran yang lebih cepat dan menyeluruh, yang dapat mempercepat reaksi kimia selama tahap perolehan kembali dan pemurnian logam.
5. Pengurangan konsumsi energi: Ultrasonikasi dapat meningkatkan efisiensi proses, sehingga mengurangi waktu dan energi yang diperlukan untuk memperoleh kembali logam dari baterai bekas.

 
Ultrasonikasi dapat berperan dalam meningkatkan proses daur ulang logam mulia dan material dari baterai Li-ion bekas dengan meningkatkan efektivitas dan efisiensi berbagai tahap dalam proses daur ulang.
Tahap proses pelindian logam secara ultrasonik dan delaminasi elektrode dapat disesuaikan dengan masing-masing proses daur ulang, yang dapat bervariasi seiring perusahaan yang berspesialisasi dalam daur ulang baterai Li-ion mengembangkan dan memodifikasi prosesnya untuk mencapai efisiensi tertinggi.

Kavitasi Ultrasonik untuk Pemisahan Katode

Ultrasonikasi memisahkan material katode dari foil aluminium melalui efek kavitasi akustik. Kavitasi akustik atau ultrasonik ditandai oleh tekanan tinggi dan suhu tinggi yang terjadi secara lokal serta penurunannya setelah itu, yang menghasilkan perbedaan tekanan dan suhu, serta turbulensi mikro yang intens dan semburan mikro dengan gaya geser tinggi. Gaya kavitasi ini memengaruhi batas permukaan, mendorong perpindahan massa, dan menyebabkan erosi. Dengan menghasilkan gaya kimia, fisika, termal, dan mekanis yang begitu intens, kavitasi ultrasonik menciptakan agitasi dan perpindahan massa yang diperlukan untuk memecah struktur pengikat organik yang digunakan dalam baterai litium-ion untuk melekatkan katode pada kolektor / foil aluminium.
Sementara agitasi mekanis seperti pengadukan saja tidak cukup untuk melepaskan material katode secara efektif dari foil aluminium, ultrasonikasi berintensitas tinggi menyediakan energi sonokimia dan sonomekanis yang diperlukan untuk melepaskan material katode sepenuhnya dari kolektor. Berbeda dengan pengadukan mekanis, kavitasi ultrasonik menghasilkan turbulensi yang intens, suhu dan tekanan tinggi secara lokal, serta agitasi, aliran, dan semburan cairan, yang memecah pengikat, misalnya PVDF atau PTFE, yang menghubungkan katode dengan foil Al, serta mengikis permukaan katode dan foil Al. Dengan demikian, pengikat di antara kedua material dihancurkan secara menyeluruh dan katode serta foil aluminium dipisahkan secara efektif.
Sebagai contoh, pemisahan ultrasonik menghasilkan efisiensi pelepasan katode yang tinggi, yaitu 99%, dengan menggunakan N-metil-2-pirolidon (NMP) sebagai pelarut pada suhu 70°C (daya ultrasonik 240 W dan waktu pemrosesan ultrasonik 90 min). Karena pemisahan katode secara ultrasonik mendispersikan material secara merata dan mencegah terbentuknya aglomerat yang lebih besar, proses pelindian logam selanjutnya menjadi lebih mudah.
Baca lebih lanjut tentang delaminasi elektrode secara ultrasonik untuk memperoleh kembali material aktif dan foil kolektor arus!

Pelindian Mineral secara Ultrasonik

Efek kavitasi ultrasonik yang dijelaskan di atas juga mendorong pelindian logam dari baterai bekas. Ultrasonikasi berintensitas tinggi tidak hanya digunakan untuk memperoleh kembali mineral dalam daur ulang baterai, tetapi juga sering digunakan dalam hidrometalurgi dan pelindian bijih berharga (misalnya tailing pertambangan). Suhu, tekanan, dan gaya geser tinggi secara lokal mengintensifkan pelindian logam dan meningkatkan efisiensi pelindian secara signifikan. Meskipun pada titik panas kavitasi terjadi suhu lokal yang sangat ekstrem hingga 1000 K, kondisi pelindian secara keseluruhan hanya memerlukan suhu sedang sekitar 50–60°C. Hal ini membuat perolehan kembali logam secara ultrasonik hemat energi dan ekonomis.
Pelindian mineral secara ultrasonik dari baterai Li-ion bekas ditandai oleh tingkat perolehan kembali dan efisiensi yang tinggi. Sebagai contoh, asam sulfat (H2SO4) berhasil digunakan sebagai agen pelindi dengan adanya hidrogen peroksida (H2O2) selama perolehan kembali mineral secara ultrasonik dari katode. Pelindian ultrasonik dengan asam sulfat menghasilkan tingkat perolehan kembali masing-masing sebesar 94,63% untuk kobalt dan 98,62% untuk litium.
Pelindian ultrasonik dengan asam sitrat organik (C6H8O7·H2O) menghasilkan perolehan kembali tembaga dan litium yang sangat tinggi, dengan memperoleh 96% tembaga dan hampir 100% litium dari baterai Li-ion bekas.

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

Peralatan ultrasonik berkinerja tinggi untuk daur ulang baterai Li-ion tersedia untuk instalasi di atas meja, skala percontohan, dan industri. Karena pemisahan katode secara ultrasonik dan pelindian mineral secara ultrasonik dari baterai bekas sudah merupakan proses yang mapan, proses mulai dari uji coba awal, optimalisasi sesuai kebutuhan spesifik proses Anda, hingga pemasangan sistem pemisahan dan/atau pelindian ultrasonik berskala industri penuh berlangsung cepat dan sederhana.
Baca lebih lanjut tentang keunggulan pelindian ultrasonik untuk daur ulang baterai yang berkelanjutan dan pertambangan perkotaan!

Sonikator Berkinerja Tinggi untuk Daur Ulang Baterai

Hielscher Ultrasonics menyediakan sonikator berkinerja tinggi dalam segala ukuran dan kapasitas. Dengan UIP16000 (16kW), Hielscher memproduksi prosesor ultrasonik paling bertenaga di dunia. UIP16000 serta semua sistem ultrasonik industri lainnya dapat dengan mudah digabungkan dalam kelompok untuk mencapai kapasitas pemrosesan yang diperlukan. Semua sonikator Hielscher dibuat untuk pengoperasian 24/7 dengan beban penuh dan di lingkungan yang menuntut.
Prosesor ultrasonik industri Hielscher Ultrasonics dapat menghasilkan amplitudo yang sangat tinggi. Amplitudo hingga 200µm dapat dengan mudah dijalankan terus-menerus dalam pengoperasian 24/7. Untuk amplitudo yang lebih tinggi lagi, tersedia sonotrode ultrasonik yang dibuat sesuai kebutuhan.

Probe Ultrasonik dan Reaktor Sonik untuk Segala Volume

Jajaran produk Hielscher Ultrasonics mencakup seluruh spektrum prosesor ultrasonik, mulai dari sonikator laboratorium yang ringkas, sistem di atas meja dan skala percontohan, hingga prosesor ultrasonik berskala industri penuh dengan kapasitas pemrosesan bermuatan truk per jam. Jajaran produk yang lengkap memungkinkan kami menawarkan peralatan ultrasonik yang paling sesuai dengan aplikasi, kapasitas proses, dan target produksi Anda.

Amplitudo yang Dapat Dikendalikan secara Presisi untuk Hasil Optimal

Semua prosesor ultrasonik Hielscher dapat dikendalikan secara presisi sehingga menjadi perangkat kerja yang andal dalam penelitian dan pengembangan serta produksi. Amplitudo merupakan salah satu parameter proses penting yang memengaruhi efisiensi dan efektivitas reaksi yang diinduksi secara sonokimia dan sonomekanis. Semua prosesor Hielscher Ultrasonics memungkinkan pengaturan amplitudo secara presisi. Sonotrode dan horn penguat merupakan aksesori yang memungkinkan perubahan amplitudo dalam rentang yang lebih luas lagi. Prosesor ultrasonik industri Hielscher dapat menghasilkan amplitudo yang sangat tinggi dan memberikan intensitas ultrasonik yang diperlukan untuk aplikasi yang menuntut. Amplitudo hingga 200µm dapat dengan mudah dijalankan terus-menerus dalam pengoperasian 24/7.
Pengaturan amplitudo yang presisi dan pemantauan parameter proses ultrasonik secara terus-menerus melalui perangkat lunak cerdas memungkinkan Anda memisahkan katode dari foil aluminium serta melindi 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!
Ketangguhan sonikator Hielscher memungkinkan pengoperasian 24/7 untuk pekerjaan berat dan di lingkungan yang menuntut. Hal ini menjadikan sonikator Hielscher alat kerja andal yang memenuhi kebutuhan proses daur ulang Anda.

Kualitas Tertinggi – Dirancang dan Diproduksi di Jerman

Sebagai perusahaan yang dimiliki dan dikelola keluarga, Hielscher mengutamakan standar kualitas tertinggi untuk prosesor ultrasoniknya. Semua sonikator dirancang, diproduksi, dan diuji secara menyeluruh di kantor pusat kami di Teltow dekat Berlin, Jerman. Ketangguhan dan keandalan peralatan ultrasonik Hielscher menjadikannya perangkat kerja andalan dalam produksi Anda. Pengoperasian 24/7 dengan beban penuh dan di lingkungan yang menuntut merupakan karakteristik bawaan probe dan reaktor ultrasonik berkinerja tinggi Hielscher.

Tabel di bawah memberikan gambaran perkiraan kapasitas pemrosesan sonikator kami:

Fakta yang Perlu Diketahui

Apa Itu Baterai Litium-Ion?

Baterai litium-ion, juga disebut baterai Li-ion, merupakan jenis baterai yang dapat diisi ulang. Dibandingkan dengan baterai berbasis timbal dan nikel, perangkat litium-ion menggunakan katode, anode, dan elektrolit sebagai konduktor.
Seperti semua baterai, baterai Li-ion menyimpan energi kimia, yang kemudian diubah menjadi energi listrik untuk menyediakan muatan listrik statis sebagai sumber daya.
Baterai litium-ion umumnya digunakan untuk perangkat elektronik portabel seperti laptop dan ponsel pintar, serta kendaraan listrik. Penggunaan baterai Li-ion juga semakin menarik minat pihak militer dan perusahaan dirgantara.