Gli ultrasuoni rendono più efficiente il riciclaggio delle batterie agli ioni di litio

Il litio è un materiale scarso e di grande valore presente nelle batterie ad alte prestazioni, come le batterie agli ioni di litio. Il litio è il materiale più prezioso che viene recuperato nel riciclaggio delle batterie agli ioni di litio, ma anche altri minerali e metalli come cobalto, manganese, nichel, rame e alluminio sono metalli preziosi per il recupero. L'ultrasonicazione ad alta intensità viene utilizzata come tecnica di agitazione e lisciviazione ad alta intensità per estrarre, rimuovere e sciogliere minerali e metalli preziosi dalle batterie esaurite. Il metodo di sonicazione è altamente efficace, efficiente dal punto di vista energetico, ed è prontamente disponibile per l'installazione in impianti di riciclaggio completamente commerciali.

Panoramica: Il processo di riciclaggio della batteria agli ioni di litio

I processi di riciclaggio possono variare in quanto le aziende specializzate nel riciclaggio delle batterie agli ioni di litio sviluppano e modificano i loro processi per ottenere la massima efficienza. Tuttavia, per recuperare materiali preziosi come il litio dalle batterie, sono necessari i seguenti passaggi:
Per prima cosa, il coperchio di plastica della batteria viene rotto e rimosso. Successivamente, la batteria nuda viene messa in azoto liquido per neutralizzare le sostanze reattive ed esplosive. In questo modo si evita il rilascio improvviso di tutta l'energia immagazzinata e la conseguente accensione ed esplosione ad essa associata.
Dopo queste fasi preparatorie, la batteria viene posta su un tornio, dove la batteria viene aperta con una sega, in modo che il guscio esterno possa essere rimosso. Spogliati fino al nucleo della batteria, il catodo, l'anodo e il separatore vengono estratti e messi in un forno, dove vengono essiccati per 24 ore a circa 60-120°C. Prima del trattamento di estrazione del metallo, gli elettrodi isolati, cioè il catodo e l'anodo, devono essere ulteriormente smontati. Poiché il materiale catodo è generalmente aderito al foglio di alluminio da un legante, comunemente il fluoruro di polivinilidene (PVDF) o il politetrafluoroetilene (PTFE), è un compito difficile rimuovere catodo e foglio di alluminio l'uno dall'altro. Per separare correttamente il materiale catodico dal foglio, è stato dimostrato che la separazione ad ultrasuoni è un trattamento altamente efficiente, rapido ed economico. Ma l'intensificazione del processo ad ultrasuoni non si ferma qui. La lisciviazione ad ultrasuoni di metalli e minerali come cobalto, manganese, nichel, rame e alluminio favorisce l'estrazione del metallo e aumenta la resa dei metalli recuperati.

Cavitazione ad ultrasuoni per la separazione dei catodi

L'ecografia separa i materiali catodici dal foglio di alluminio per effetto della cavitazione acustica. La cavitazione acustica o ad ultrasuoni è determinata da pressioni elevate che si verificano localmente, da temperature elevate e dalle loro successive cadute con conseguenti differenze di pressione e di temperatura, nonché da intense microturbolenze e da microgetti ad alto taglio. Queste forze cavitazionali influenzano i confini della superficie, promuovono il trasferimento di massa e causano l'erosione. Generando tali intense forze di natura chimica, fisica, termica e meccanica, la cavitazione ultrasonica crea l'agitazione necessaria e il trasferimento di massa per rompere la struttura organica del legante utilizzato nelle batterie agli ioni di litio per fissare il catodo al collettore / foglio di alluminio.
Mentre l'agitazione meccanica, come la sola agitazione, è insufficiente per staccare efficacemente il materiale catodico dal foglio di alluminio, l'ultrasuonicazione ad alta intensità fornisce l'energia sonorochimica e sonomeccanica necessaria per rimuovere completamente il materiale catodico dai collettori. In contrasto con l'agitazione meccanica, la cavitazione ultrasonica genera intense turbolenze, temperature e pressioni localmente elevate, nonché agitazione, flusso e getti di liquidi, che rompono il legante, ad esempio PVDF o PTFE, che collegano il catodo al foglio di Al, ed erode la superficie di entrambi, catodo e foglio di Al. In questo modo, il legante tra entrambi i materiali viene adeguatamente distrutto e il catodo e la lamina di alluminio vengono efficacemente separati.
Ad esempio, la separazione ad ultrasuoni comporta un'elevata efficienza della rimozione dei catodi del 99% utilizzando N-metil-2-pirrolidone (NMP) come solvente a 70°C (240 W ultrasonic power, e 90 min ultrasonic processing time). Poiché la separazione a ultrasuoni del catodo disperde il materiale in modo uniforme ed evita agglomerati più grandi, il successivo processo di lisciviazione del metallo è facilitato.
Per saperne di più sulla delaminazione degli elettrodi a ultrasuoni per recuperare i materiali attivi e le lamine dei collettori di corrente!

Lisciviazione ad ultrasuoni dei minerali

Gli effetti cavitazionali degli ultrasuoni sopra descritti favoriscono anche la lisciviazione dei metalli dalle batterie esauste. L'ultrasuonoterapia ad alta intensità non è utilizzata solo per recuperare i minerali nel riciclaggio delle batterie, ma è spesso impiegata anche nell'idrometallurgia e nella lisciviazione di minerali preziosi (ad esempio, gli sterili delle miniere). Le alte temperature localizzate, le pressioni e le forze di taglio intensificano la lisciviazione dei metalli e aumentano notevolmente l'efficienza della lisciviazione. Mentre nei punti caldi della cavitazione si verificano temperature localizzate molto estreme, fino a 1000 K, le condizioni complessive di lisciviazione richiedono solo una temperatura moderata di circa 50-60°C. Ciò rende il recupero dei metalli a ultrasuoni efficiente ed economico.
La lisciviazione ad ultrasuoni dei minerali dalle batterie agli ioni di litio esaurite è caratterizzata da elevati tassi di recupero ed efficienza. Ad esempio, l'acido solforico (H2SO4) è stato utilizzato con successo come agente di lisciviazione in presenza di perossido di idrogeno (H2O2) durante il recupero ultrasonico dei minerali dal catodo. La lisciviazione ad ultrasuoni con acido solforico ha portato a tassi di recupero del 94,63% per il cobalto e del 98,62% per il litio, rispettivamente.
La lisciviazione ad ultrasuoni con acido citrico organico (C6H8O7-H2O) porta a recuperi molto elevati di rame e litio, ottenendo il 96% di rame e quasi il 100% di litio dalle batterie agli ioni di litio esauste.

Semplice e sicuro: Scale-up a ultrasuoni dai test di fattibilità al riciclaggio industriale

Apparecchiature ad ultrasuoni ad alte prestazioni per il riciclaggio di batterie agli ioni di litio sono prontamente disponibili per l'installazione da banco, pilota e industriale. Poiché la separazione dei catodi a ultrasuoni e la lisciviazione a ultrasuoni dei minerali dalle batterie esauste sono processi già consolidati, il processo dalle prime prove, l'ottimizzazione alle vostre specifiche esigenze di processo e l'installazione di un sistema di separazione e/o lisciviazione a ultrasuoni completamente industriale è semplice e veloce.

Ultrasuoni ad alte prestazioni per il riciclaggio delle batterie

Hielscher Ultrasonics fornisce ultrasuoni ad alte prestazioni di qualsiasi dimensione e capacità. Con l'UIP16000 (16kW), Hielscher produce il processore ad ultrasuoni più potente al mondo. L'UIP16000 così come tutti gli altri sistemi industriali ad ultrasuoni possono essere facilmente raggruppati alla capacità di elaborazione richiesta. Tutti gli ultrasuoni Hielscher sono costruiti per il funzionamento 24/7 a pieno carico e in ambienti esigenti.
Ultrasuoni Hielscher’ I processori industriali ad ultrasuoni possono fornire ampiezze molto elevate. Ampiezze fino a 200 µm possono essere facilmente gestite in continuo 24 ore su 24, 7 giorni su 7. Per ampiezze ancora più elevate, sono disponibili sonotrodi ad ultrasuoni personalizzati.

Sonde a ultrasuoni e reattori sonori per qualsiasi volume

La gamma di prodotti Hielscher Ultrasonics copre l'intero spettro dei processori ad ultrasuoni, dai compatti ultrasuoni da laboratorio ai sistemi da banco e pilota fino ai processori ad ultrasuoni completamente industriali con la capacità di processare carichi di camion all'ora. L'intera gamma di prodotti ci permette di offrirvi l'attrezzatura ad ultrasuoni più adatta alla vostra applicazione, alla capacità di processo e agli obiettivi di produzione.

Ampiezze precisamente controllabili per risultati ottimali

Tutti i processori ad ultrasuoni Hielscher sono controllabili con precisione e quindi affidabili cavalli di lavoro in R&D e produzione. L'ampiezza è uno dei parametri di processo cruciali che influenzano l'efficienza e l'efficacia delle reazioni indotte sonicamente e sonomeccanicamente. Tutti gli Ultrasonici Hielscher’ I processori consentono di impostare con precisione l'ampiezza. I sonotrodi e le trombe di richiamo sono accessori che permettono di modificare l'ampiezza in una gamma ancora più ampia. I processori industriali ad ultrasuoni di Hielscher sono in grado di fornire ampiezze molto elevate e di fornire l'intensità ultrasonica richiesta per le applicazioni più esigenti. Ampiezze fino a 200 µm possono essere facilmente gestite in continuo 24 ore su 24, 7 giorni su 7.
Le impostazioni precise dell'ampiezza e il monitoraggio permanente dei parametri di processo a ultrasuoni tramite un software intelligente offrono la possibilità di separare il catodo dal foglio di alluminio e di lisciviare i minerali e i metalli dalle batterie agli ioni di litio esauste nelle condizioni più efficaci di ultrasuoni. Sonicazione ottimale per il riciclaggio più efficiente delle batterie agli ioni di litio!
La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni di Hielscher consente un funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in condizioni di lavoro gravose e in ambienti difficili. Questo rende l'apparecchiatura ad ultrasuoni di Hielscher uno strumento di lavoro affidabile che soddisfa i requisiti del vostro processo di riciclaggio.

Massima qualità – Progettato e prodotto in Germania

In quanto azienda a conduzione familiare e a conduzione familiare, Hielscher dà la priorità ai più alti standard di qualità per i suoi processori a ultrasuoni. Tutti gli ultrasuoni sono progettati, prodotti e accuratamente testati nella nostra sede centrale di Teltow vicino a Berlino, Germania. La robustezza e l'affidabilità delle apparecchiature a ultrasuoni di Hielscher ne fanno un cavallo di battaglia nella vostra produzione. Il funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, a pieno carico e in ambienti difficili è una caratteristica naturale delle sonde e dei reattori ad ultrasuoni ad alte prestazioni di Hielscher.

La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasuoni: