Ultrasonicsはリチウムイオン電池のリサイクルをより効率的にします

リチウムは、リチウムイオン電池などの高性能電池に存在する希少で非常に価値のある材料です。リチウムイオン電池のリサイクルで回収されるのはリチウムが最も価値のある材料ですが、コバルト、マンガン、ニッケル、銅、アルミニウムなどの他の鉱物や金属も回収に貴重な金属です。高強度超音波処理は、使用済み電池から貴重な鉱物や金属を抽出、除去、溶解するための高せん断攪拌および浸出技術として使用されます。超音波処理法は非常に効果的で、エネルギー効率が高く、そして完全な商業リサイクル施設に容易に設置することができる。

概要:リチウムイオン電池のリサイクルプロセス

使用済みリチウムイオン電池からの貴金属や材料のリサイクルプロセスには、通常、いくつかのステップが含まれます。一般的な概要は次のとおりです。

1. 収集と並べ替え: 使用済みリチウムイオン電池は、その種類と化学的性質に基づいて収集され、分類されます。
2. 分解:まず、バッテリーのプラスチックカバーを壊して取り外します。その後、ネイキッドバッテリーを液体窒素に入れて、反応性の爆発性物質を中和します。このステップにより、蓄積されたすべてのエネルギーの突然の放出と、それに伴う発火と爆発が防止されます。次に、バッテリーを分解して、カソード、アノード、電解質、ケーシングなどのさまざまなコンポーネントを分離します。
3. 破砕： 分解されたバッテリーは、後続のプロセスの表面積を増やすために、細かく細断されます。
4. 電極の層間剥離: 金属抽出処理の前に、絶縁された電極、つまりカソードとアノードをさらに分解する必要があります。カソード材料は一般に、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)またはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などのバインダーによってアルミホイルに接着されるため、カソードとアルミホイルを互いに除去することは困難です。
5. 化学処理: 細断されたバッテリーコンポーネントは、さまざまな化学処理を受けて、さまざまな材料を溶解および分離します。これには、リチウム、コバルト、ニッケル、銅などの貴重な金属を抽出するために、酸または他の溶媒で浸出することが含まれる場合があります。
6. 回収と精製: 溶解した金属は、沈殿、溶媒抽出、電気化学的方法などのプロセスを通じて溶液から回収されます。これらのステップは、貴金属を精製して濃縮するのに役立ちます。

超音波処理による貴金属回収の改善

パワー超音波は、反応を強化することにより、貴金属や材料の電極の層間剥離と浸出のステップを強化することができ、それによって回復プロセスが大幅に効率的になります。超音波処理は、高強度の超音波を利用して、液体媒体中に機械的振動と音響キャビテーションを作り出す技術です。超音波処理の強い力は、いくつかの方法で使用済みリチウムイオン電池からの貴金属のリサイクルプロセスを強化するために使用されます。
 

1. 崩壊： 超音波処理は、細断された電池材料を分解して、より小さな粒子を作り出す。粒子が小さいほど表面積が大きくなるため、化学的浸出がより効果的になり、貴重な金属の遊離が促進されます。
2. 改善された浸出: 浸出プロセス中に超音波処理を適用すると、固体材料と浸出溶液との間の接触を強化し、金属抽出の効率を高めることができます。超音波浸出は、金属抽出を促進し、コバルト、マンガン、ニッケル、銅、アルミニウムなどの金属や鉱物の回収の収率を増加させます。
3. 電極の層間剥離の改善: バッテリーのリサイクル時の電極の層間剥離の目的は、電極、電解質、セパレーターなどのさまざまなコンポーネントを分離して、さらに個別に処理またはリサイクルできるようにすることです。超音波処理は、電極からのコーティングの剥離および除去を助ける。音響機械的な力は、電極の層の効率的な分離を促進します。
4. 加速反応: 超音波処理は、より速く、より徹底的な混合を促進し、金属の回収および精製ステップ中の化学反応を加速することができます。
5. エネルギー消費量の削減: 超音波処理は、使用済み電池からの金属回収に必要な時間とエネルギーを削減し、プロセス効率を高めることができます。

 
超音波処理は、リサイクルプロセスに関与するさまざまなステップの有効性と効率を高めることにより、使用済みリチウムイオン電池からの貴金属および材料のリサイクルプロセスを改善する上で有益な役割を果たすことができます。
超音波金属浸出および電極層間剥離のプロセスステップは、リチウムイオン電池のリサイクルを専門とする企業がプロセスを開発および変更して最高効率にするため、個々のリサイクルプロセスに適合させることができます。

カソード分離のための超音波キャビテーション

超音波処理は、音響キャビテーションの影響により、カソード材料をアルミ箔から分離します。音響キャビテーションまたは超音波キャビテーションは、局所的に発生する高圧、高温、およびその後の降下によって決定され、それぞれの圧力と温度の差、ならびに激しい微小乱流と高せん断マイクロジェットが生じます。これらのキャビテーション力は、表面境界に影響を及ぼし、物質移動を促進し、侵食を引き起こします。化学的、物理的、熱的および機械的性質のそのような強烈な力を生成する、超音波キャビテーションは、リチウムイオン電池で使用される有機バインダー構造を破壊してカソードをコレクター/アルミホイルに固定するために必要な攪拌および物質移動を作り出す。
攪拌のみのような機械的攪拌は、アルミ箔からカソード材料を効果的に剥離するには不十分であるが、高強度超音波処理は、コレクターからカソード材料を完全に除去するために必要な音響化学的および音響機械的エネルギーを提供する。機械的攪拌とは対照的に、超音波キャビテーションは、激しい乱流、局所的な高温および圧力、ならびにバインダーを破壊する攪拌、流れおよび液体ジェットを生成し、バインダー、例えばPVDFまたはPTFEを分解し、カソードをAl箔に接続し、カソードおよびAl箔の両方の表面を侵食する。これにより、両材料間のバインダーが適切に破壊され、カソード箔とアルミ箔が効果的に分離されます。
例えば、超音波分離は、70°C(240 Wの超音波電力、および90分の超音波処理時間)で溶媒としてN-メチル-2-ピロリドン(NMP)を使用して99%の陰極除去の高効率をもたらす。超音波陰極分離は材料を均一に分散させ、より大きな凝集を防ぐので、その後の金属浸出プロセスが促進される。
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鉱物の超音波浸出

上記の超音波キャビテーション効果は、使用済み電池からの金属の浸出も促進します。高強度超音波処理は、バッテリーのリサイクルで鉱物を回収するために使用されるだけでなく、湿式製錬や貴重な鉱石(例えば、鉱業尾鉱)の浸出にもよく使用されます。局所的な温度、圧力、せん断力が高いため、金属の浸出が激しくなり、浸出効率が大幅に向上します。キャビテーションホットスポットでは、最大1000Kの局所的な非常に極端な温度が発生しますが、全体的な浸出条件では約50〜60°Cの穏やかな温度しか必要としません。 これにより、超音波金属回収のエネルギー効率と経済性が向上します。
使用済みリチウムイオン電池からの鉱物の超音波浸出は、高い回収率と効率を特徴としています。例えば、硫酸(H2SO4)は、カソードからの超音波鉱物回収中に過酸化水素(H2O2)の存在下で浸出剤として成功裏に使用された。硫酸による超音波浸出は、コバルトで94.63%、リチウムでそれぞれ98.62%の回収率をもたらしました。
有機クエン酸(C6H8O7·H2O)は、銅とリチウムの非常に高い回収率をもたらし、使用済みリチウムイオン電池から96%の銅とほぼ100%のリチウムを得ます。

シンプルで安全:実現可能性試験から産業リサイクルまでの超音波スケールアップ

リチウムイオン電池のリサイクル用の高性能超音波装置は、ベンチトップ、パイロット、および産業用の設置にすぐに利用できます。使用済み電池からの鉱物の超音波陰極分離と超音波浸出はすでに確立されたプロセスであるため、最初の試行からのプロセス、特定のプロセス要件への最適化、および完全産業用超音波分離および/または浸出システムの設置は迅速かつ簡単です。
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バッテリーリサイクルのための高性能超音波装置

ヒールシャー超音波は、あらゆるサイズと容量で高性能超音波装置を供給しています。UIP16000(16kW)で、ヒールシャーは世界で最も強力な超音波プロセッサを製造しています。UIP16000だけでなく、他のすべての産業用超音波システムは、必要な処理能力に簡単にクラスタ化することができます。すべてのヒールシャー超音波装置は、全負荷下で、要求の厳しい環境での24/7操作用に構築されています。
Hielscher Ultrasonics’ 産業用超音波プロセッサは、非常に高い振幅を提供できます。最大200μmの振幅は、24/7操作で簡単に連続運転できます。さらに高い振幅のために、カスタマイズされた超音波ソノトロードが利用可能です。

あらゆる容量に対応する超音波プローブとソノリアクター

ヒールシャー超音波製品群は、ベンチトップおよびパイロットシステム上のコンパクトなラボ用超音波装置から、1時間あたりのトラック負荷を処理する能力を持つ完全産業用超音波プロセッサまで、超音波プロセッサの全範囲をカバーしています。全製品ラインナップにより、お客様のアプリケーション、プロセス能力、生産目標に最適な超音波装置を提供することができます。

最適な結果を得るために正確に制御可能な振幅

すべてのヒールシャー超音波プロセッサは、正確に制御可能であり、したがってRの信頼性の高い作業馬です&Dとプロダクション。振幅は、音響化学的および音響力学的に誘導された反応の効率と有効性に影響を与える重要なプロセスパラメータの1つです。すべてのヒールシャー超音波’ プロセッサは、振幅の正確な設定を可能にします。ソノトロードとブースターホーンは、さらに広い範囲で振幅を変更できるアクセサリーです。ヒールシャーの産業用超音波プロセッサは、非常に高い振幅を提供し、要求の厳しいアプリケーションに必要な超音波強度を提供することができます。最大200μmの振幅は、24/7操作で簡単に連続運転できます。
正確な振幅設定とスマートソフトウェアによる超音波プロセスパラメータの恒久的な監視により、最も効果的な超音波条件下で使用済みリチウムイオン電池からカソードを分離したり、使用済みリチウムイオン電池から鉱物や金属を浸出させたりすることができます。最も効率的なリチウムイオン電池のリサイクルのための最適な超音波処理!
ヒールシャーultrssonicatorsの堅牢性は、ヘビーデューティで、要求の厳しい環境での24? 7操作を可能にします。これにより、ヒールシャーのソニケーターは、あなたのリサイクルプロセスの要件を満たす信頼性の高い作業ツールになります。

最高品質 – ドイツで設計および製造

家族経営の企業として、ヒールシャーは、その超音波プロセッサのための最高の品質基準を優先しています。すべての超音波装置は、ドイツのベルリン近郊のテルトウにある本社で設計、製造、徹底的にテストされています。ヒールシャーの超音波装置の堅牢性と信頼性は、それをあなたの生産の働き者にします。全負荷下で、要求の厳しい環境での24 / 7操作は、ヒールシャーの高性能超音波プローブと反応器の自然な特性です。

以下の表は、当社の超音波装置のおおよその処理能力を示しています。

知っておく価値のある事実

リチウムイオン電池とは?

リチウムイオン電池は、リチウムイオン電池とも呼ばれ、充電式電池の一種です。鉛やニッケルベースの電池と比較して、リチウムイオン電池はカソード、アノード、電解質を導体として使用します。
すべての電池と同様に、リチウムイオン電池は化学エネルギーを蓄え、それを電気エネルギーに変換して電力に静電荷を供給します。
リチウムイオン電池は、ラップトップ、スマートフォン、電気自動車などの携帯電子機器に一般的に使用されています。リチウムイオン電池の応用は、軍事および航空宇宙企業からの関心も高まっています。