Hielscher ультрадыбыстық технологиясы

Литий-иондық батареяларды қайта өңдеуге арналған ультрадыбыстық құрылғылар

  • Электромобильдерде қолданылатын литий-иондық аккумуляторлар бұқаралық нарыққа келіп жетті, онымен бірге қайта өңдеу қуаттарын дамыту қажет.
  • Ультрадыбыстық шаймалау - Li-ion батареяларынан Li, Mg, Co, Ni және т.б. сияқты металдарды қалпына келтіруге арналған тиімді, экологиялық таза әдіс.
  • Қолдануға арналған Hielscher өнеркәсіптік ультрадыбыстық жүйелер сенімді және сенімді және қолданыстағы қайта өңдеу қондырғыларына оңай қосыла алады.

Литий-ионды батареяларды қайта өңдеу

Литий-иондық аккумуляторлық батареялар электр құралдарында (EV), ноутбуктер мен ұялы телефондарда кеңінен қолданылады. Бұл литий-иондық аккумулятор батареяларын қалдықтарды кәдеге жаратуға және қайта өңдеуге қатысты проблема болып табылады. Батареялар EVs үшін негізгі шығындар драйвері болып табылады және олардың қалдықтары да қымбат тұрады. Экологиялық және экономикалық аспектілер батареяның қалдықтарында құнды материалдардан тұратын және литий-иондық аккумуляторларды өндіретін көміртек іздерін азайтуға көмектесетін жабық кәдеге жарату циклін ұсынады.
Лион-ион батареяларын қайта өңдеу сирек-жер металдарының және басқа да аккумуляторлық компоненттердің болашақта қолжетімділігін қамтамасыз ету және тау-кен жұмыстарының экологиялық шығындарын азайту үшін дамып келе жатқан салаға дейін өсіп келеді.

Өнеркәсіптік ультрадыбыстық шаймалау

Ультрадыбыстық шаймалау және металды алу литий кобальт оксиді батареяларын (мысалы, ноутбуктер, смартфондар және т.б.), сондай-ақ күрделі литий-никель-марганец-кобальт батареяларын (мысалы, электромобильдер) қайта өңдеу процестеріне қолдануға болады.
Cavitation produced by Hielscher's UIP1000hdT with cascatrode Жоғары қуатты ультрадыбыстық химиялық сұйықтықтарды және суспензияларды масса тасымалын жетілдіру және химиялық реакцияларды бастау үшін өңдеу мүмкіндігімен танымал.
Энергияның ультрадыбыстық әсерінің күшті әсерлері акустикалық кавитация феноменіне негізделген. Жоғары қуатты ультрадыбысты сұйықтықтарға / суспензеге қосу арқылы сұйықтықтардағы айнымалы төмен қысымды және жоғары қысымды толқындар шағын вакуумдық көпіршіктерді тудырады. Кішкентай вакуумдық бүріккіштер әртүрлі төмен қысымды / жоғары қысымды циклдарда күшейе түскенге дейін өседі. Бүлінген вакуумдық көпіршіктерді 5000К дейін, 1000атм дейінгі қысым және 10-нан жоғары қыздыру және салқындату дәрежелері бар микро-реакторлар ретінде қарастыруға болады-10 пайда болады. Сонымен қатар, 280 м / с жылдамдықтағы күшті гидродинамикалық кедергілер мен сұйық ағындар жасалады. Акустикалық кавитацияның бұл экстремалды шарттары басқа суық сұйықтықтарда ерекше физикалық және химиялық жағдай туғызады және химиялық реакциялар үшін пайдалы ортаны қалыптастырады (соңғы химия).

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

48кВ ультрадыбыстық процессор
металлдарды шаймалау сияқты талап етілетін қосымшалар үшін

Ақпараттық сұрау




Біздің ескеріңіз құпиялылық саясаты.


Өткізілген Li-Ion батареяларын қайта өңдеуде ультрадыбыстық шаймалау. (Click to enlarge!)

Бітірілген батарея қалдықтарынан металлдарды ультрадыбыстық шаймалау.

Ультрадыбыстық түрде пайда болған кавитация ерітіндінің термолизін тудыруы мүмкін, сондай-ақ еркін радикалдар, гидроксид иондары (OH,) гидронды (H) сияқты жоғары реакциялық радикалдар мен реагенттердің пайда болуы мүмкін.3O +) және т.б., реакция жылдамдығы едәуір ұлғаюы үшін сұйықтықтағы ерекше реактивті жағдайларды қамтамасыз етеді. Бөлшектер сияқты қатты заттар сұйық ағындар арқылы жеделдетіледі және олар белсенді бет аймағын ұлғайтып, осылайша массалық тасымалдану аралық сызықпен соқтығысып, абразивті болады.
Ультрадыбыстық шаймалаудың және металлдарды қалпына келтірудің үлкен артықшылығы амплитудасы, қысым және температура сияқты процестер параметрлеріне дәл бақылау болып табылады. Бұл параметрлер реакция жағдайларын процесс ортасына және мақсатты шығысқа дәл келтіруге мүмкіндік береді. Сонымен қатар, ультрадыбыстық шаймалау микроқұрылымдарды сақтай отырып, тіпті субстраттың ең кішкентай металл бөлшектерін де жояды. Жақсартылған металды қалпына келтіру жоғары реактивті беттердің ультрадыбыстық құрылуына, реакция жылдамдығының көтерілуіне және жаппай тасымалдауды жақсартуға байланысты. Sonication процестерін әрбір параметрге әсер ету арқылы оңтайландыруға болады, сондықтан олар өте тиімді ғана емес, сонымен бірге жоғары энергияны үнемдейді.
Оның нақты параметрлерін бақылау және энергия тиімділігі ультрадыбыстық шаймалауды қолайлы және керемет техникаға айналдырады – әсіресе күрделі қышқылмен шаймалау және шеллендіру әдістерімен салыстырғанда.

LiCoO ультрадыбыстық қалпына келтіру2 Lithium-Ion батареяларын пайдаланған

Ultrasonication Ли ретінде Ли ретінде қалпына келтіру үшін пайдаланылатын қалпына келтіру шаймалау және химиялық жауын-шашын көмектеседі2CO3 Co (Co) ретінде Co (OH)2 литий-иондық батареядан шығарылады.
Чжан және т.б. (2014 ж.) LiCoO-ны табысты қалпына келтіру туралы хабарлайды2 ультрадыбыстық реакторды қолдану. 600 мкл бастапқы ерітіндіні дайындау үшін 10 г жарамсыз LiCoO орналастырды2 ұнтақ в букерге қосып, араластырылған 2,0моль / л LiOH ерітіндісін қосады.
Қоспа ультрадыбыстық сәулеленуге құйылды және араластырғыш құрылғы басталды, араластырғыш құрылғы реакциялық контейнердің ішіне орналастырылды. Ол 120 ° C дейін қызады, содан кейін Ультрадыбыстық құрылғы 800 Вт-қа орнатылды және ультрадыбыстық əрекет əрекеті 5 секундтың импульстік циклдарына орнатылды. ON / 2сек. OFF. Ультрадыбыстық сәуле 6 сағат бойы қолданылды, содан кейін реакциялық қоспа бөлме температурасына дейін салқындатылды. Қатты қалдық қалдықты бірнеше рет деионизацияланған сумен жуып, 80 ° C кезінде тұрақты салмаққа дейін кептірді. Алынған сынама келесі тестілеу және аккумулятор өндірісі үшін жиналды. Бірінші циклдегі зарядтау қуаты - 134,2 мА / сағ, ал түсіру қуаты - 133,5 мА / г. Алғашқы зарядтау және түсіру тиімділігі 99,5% құрады. 40 циклнан кейін, ағындылық көлемі 132,9 мА / гт. (Чжан және басқалар)

Ультрадыбыстық қалпына келтірілген LiCoO2 кристалдары. (Click to enlarge!)

6 сағат бұрын 120 ° C температурада ультрадыбыстық өңдеуден кейін (а) және кейінгі (b) LiCoO2 кристалдары. Дерек көзі: Zhang et al. 2014 ж

Лимон қышқылы сияқты органикалық қышқылдармен ультрадыбыстық шаймалау тек тиімді емес, сонымен бірге экологиялық таза. Зерттеулер көрсеткендей, Co және Li шаймалау лимон қышқылымен салыстырғанда неорганикалық қышқылдармен салыстырғанда неғұрлым тиімді2SO4 және HCl. 96% -дан астам Co және шамамен 100% Li литий-иондық аккумуляторлардан қалпына келтірілді. Лимон қышқылы және сірке қышқылы сияқты органикалық қышқылдар арзан және биологиялық разрядталуы фактісі Ультрадыбыспен одан әрі экономикалық және экологиялық артықшылықтарға ықпал етеді.

Жоғары қуатты өнеркәсіптік ультрадыбыс

UIP4000hdT - Hielscher's 4kW high-performance ultrasonic system Hielscher Ультрадыбыспен - қалдықтардан металдарды ерітуге қажетті қуатты беретін жоғары тиімді және сенімді ультрадыбыстық жүйелерге арналған ұзақ мерзімді жеткізуші. Лион иондарын қайта өңдеу үшін кобальт, литий, никель, марганец секілді металдарды шығарып, күшті және сенімді ультрадыбыстық жүйелер қажет. Hielscher Ультрадыбыспен’ өнеркәсіптік бірліктер сияқты UIP4000hdT (4кВт), UIP10000 (10кВт) және UIP16000 (16кВт) нарықтағы ең қуатты және сенімді жоғары өнімді ультрадыбыстық жүйелер болып табылады. Біздің барлық өнеркәсіптік қондырғылар тәулік бойы жұмыс істейтін 200 мкм дейін өте жоғары амплитудамен жұмыс істей алады. Тіпті жоғары амплитудасы үшін арнайы ультрадыбыстық sonotrodes бар. Hielscher ның ультрадыбыстық жабдықтың сенімділігі тәулік бойы жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Hielscher сонымен бірге жоғары температура, қысым және агрессивті сұйықтық үшін арнайы sonotrodes мен реакторлар жеткізеді. Бұл біздің өндірістік ультрадыбыстық құрылғыларымызды гидрометаллургиялық процедуралар сияқты өндіруші металлургиялық әдістерге ең қолайлы етеді.

Төменде келтірілген кестеде біздің ультрадыбыстық құрылғыларымыздың шамамен өңдеу қуаттылығы көрсетіледі:

илеудің көлемі Ағынның жылдамдығы Ұсынылған құрылғылар
0.1 - 20L 0.2 - 4L / мин UIP2000hdT
10-нан 100 литрге дейін 2-ден 10 л / мин UIP4000
na 10-нан 100 л / мин дейін UIP16000
na үлкенірек кластерлік UIP16000

Бізбен хабарласыңы! / Алам!

Сіз ультрадыбыстық гомогенизациясы туралы қосымша ақпаратты сұратуға келсе, төмендегі нысанды пайдаланыңыз. Біз сіздің талаптарға сай ультрадыбыстық жүйесін ұсынамыз қуанышты боламыз.









Біздің ескеріңіз құпиялылық саясаты.


Әдебиеттер / әдебиеттер

  • Голмохаммадзе Р., Рашчи Ф., Вахи Е. (2017): Органикалық қышқылдарды пайдаланып литий-ион батареяларынан литий мен кобальт қалпына келтіру: Процестерді оңтайландыру және кинетикалық аспектілер. Қалдықтарды басқару, 64, 2017. 244-254.
  • Шин С.-М .; Ли Д-В .; Ван Дж.- П. (2018): LiNiO-нен никельденген ұнтақты дайындау2 литий-ионды аккумуляторлық батареядан. Металдар 8, 2018.
  • Чжан Ц., Ол В., Ли Г., Хиа Й., Ху Х., Хуан Дж. (2014): ЛиКоО ультрадыбыстық гидротермальді қайта жаңарту2 Литий-иондық батареялардың катодты бөлігінен. Int. J. Electrochem. Ғылым, 9 (2014 ж.). 3691-3700.
  • Чжан Ц., Ол В., Ли Г., Ся Дж., Ху Х., Хуан Дж., Shengbo Z. (2014): Литий-кобальт оксиді материалын қалпына келтірілген литий-ион батареяларының катодтарынан қалпына келтіру. ECS Electrochemistry Letters, 3 (6), 2014. A58-A61.


Біле Worth фактілері

Литий-ионды батареялар

Литий-ионды батареялар (LIB) - жоғары энергия тығыздығын қамтамасыз ететін және электронды машиналар, гибридті автомобильдер, ноутбуктар, ұялы телефондар, iPodдер және т.б. сияқты тұтыну электроникасына жиі кіріктіретін (қайта зарядталатын) батареялар үшін ұжымдық термин. ұқсас мөлшерде және сыйымдылығы бар қайта зарядталатын батареялардың басқа нұсқалары, ЛИБ-лер айтарлықтай жеңіл.
Бір рет пайдаланылатын литийдің бастапқы батареясынан айырмашылығы, ЛИБ оның электродтары ретінде металл литий орнына аралық литий қосылысын пайдаланады. Литий-ионды батареяның негізгі құрамдас бөлігі оның электродтары болып табылады – анод және катод – және электролит.
Көптеген жасушалар электролит, сепаратор, фольганы және корпусы бойынша ортақ құрамдастарды бөледі. Жасушалық технологиялар арасындағы негізгі айырмашылық материал ретінде пайдаланылады “белсенді материалдар” мысалы, катод және анод. Графит анод ретінде жиі пайдаланылатын материал болып табылады, ал катодты қабатты LiMO2 (M = Mn, Co және Ni), шпинель LiMn2The4, немесе оливин LiFePO4. Электролит органикалық сұйық электролиттері (мысалы, этиленкарбонат (EC), диметилкарбонат (диэтилкарбонат), диэтилкарбонат (DEC), этилметилкарбон (EMC) және т.б. сияқты органикалық еріткіштердің қоспасында ерітілген LiPF6 тұзы иондық қозғалыс.
Оң (катодты) және теріс (анод) электрод материалдарына байланысты, ЛИБ-тың энергия тығыздығы мен кернеуі сәйкесінше өзгереді.
Электр құралдарында жиі қолданылатын электрлік-автомобильдік батарея (EVB) немесе тартқыш батарея қолданылады. Мұндай тартқыш батареялар электрлі гольф-арбалар, еден скреберлері, электр мотоциклдер, электрлі машиналар, жүк автомобилдері, фургондар және басқа электр құралдарында қолданылады.

Өткізілген Li-Ion батареяларынан металды қайта өңдеу

Литий-иондық аккумуляторлар құрамында қорғасын немесе кадмий бар батареялардың басқа түрлерімен салыстырғанда аз уытты металдар бар және сондықтан қоршаған ортаға зиян келтірмейді. Дегенмен, қолданылған аккумуляторлық батареялар үлкен көлемде пайдаланылған литий-иондық аккумуляторлар электрлі машиналардан жұмсалатын батареялар ретінде қоқыс тастайтын мәселені ұсынады. Сондықтан литий-иондық аккумуляторларды жабық кәдеге жарату циклы қажет. Экономикалық тұрғыдан алғанда, темір, мыс, никель, кобальт және литий тәрізді металл элементтер қалпына келтіріліп, жаңа батареялар өндірісінде қолданыла алады. Қайта өңдеу келешекте тапшылығын болдырмауы мүмкін.
Никельді жоғары жүктемесі бар батареялар нарыққа шықса да, кобальтсыз батареяларды шығаруға болмайды. Никельдің жоғары мазмұны төменде келтірілген: Никельдің жоғарылауы нәтижесінде батареяның тұрақтылығы төмендейді, осылайша оның циклінің қызмет мерзімі және жылдам зарядтау мүмкіндігі төмендейді.

Лион-иондық аккумуляторларға сұраныстың өсуі. Дерек көзі: Deutsche Bank

Литий-иондық аккумуляторларға сұраныс өсіп келе жатқан батареялар үшін қайта өңдеу қуаттарын ұлғайтуды талап етеді.

Қайта өңдеу процесі

Электрлі техниканың батареялары, мысалы, Тесла роудшасының шамамен 10 жыл өмір сүреді.
Лион-ион батареяларын сарқылғаннан кейін қайта өңдеу талап етілетін процесс болып табылады, өйткені жоғары кернеулі және қауіпті химиялық заттар бар, бұл термиялық қалдықтар, электр тоғының соғу қаупі және зиянды заттардың шығарылу қаупімен байланысты.
Жабық циклды қайта өңдеуді жүзеге асыру үшін әрбір химиялық байланыс және барлық элементтер бөлек фракцияларға бөлінуі керек. Алайда мұндай тұйық циклді қайта өңдеу үшін қажетті энергия өте қымбат. Қайта өндіруге арналған ең бағалы материалдар - Ni, Co, Cu, Li және т.б. сияқты металдар болып табылады, өйткені қымбат тау-кен және металл компоненттерінің жоғары нарықтық бағасы қайта өңдеуді экономикалық жағынан тартымды етеді.
Лион-ион батареяларын қайта өңдеу процесі батареяларды бөлшектеу және зарядсызданудан басталады. Батареяны ашпай тұрып, батареядағы химиялық заттарды өшіру үшін пассивация қажет. Пассивацияны криогенді мұздату немесе бақыланатын тотығу арқылы алуға болады. Батареяның мөлшеріне байланысты батареяларды бөлшектеуге және ұяшыққа бөлшектеуге болады. Бөлшектерді бөлшектеу және бөлшектеуден кейін компоненттер электродтық ұнтақтан жасушалар, алюминий, мыс және пластмассаларды алу үшін бірнеше әдістермен (мысалы, скрининг, сылтау, қол жинау, магниттік, дымқыл және баллистикалық бөлу) оқшауланады. Электродты материалдарды бөліп алу төменгі үрдістер үшін қажет, мысалы, гидрометаллургиялық өңдеу.
Пиролит
Пиролитикалық өңдеу үшін, ұсақталған батареялар шлактарды түзетін агент ретінде әктас қосылатын пеште балқыды.

Гидротермиялық процестер
Гидрометаллургиялық өңдеу металдар ретінде тұздарды тұндыру үшін қышқылдық реакцияларға негізделген. Типтік гидрометаллургиялық процестерге суды ерітінділерді электролизден өткізу, шаймалау, жауын-шашын, ион алмасу, ерітінді экстракциясы және электролиз жатады.
Гидротермалды өңдеудің артықшылығы + 95% Ni және Co-нің тұздарымен + 90% -дан жоғары Li +, 80% дейін қалпына келтірілуі мүмкін.

Әсіресе кобальт жоғары энергиялар мен қуат қосымшалары үшін литий-ионды аккумуляторлық катодта өте маңызды компонент болып табылады.
Тойота Приус сияқты қазіргі гибридті автомобильдер, литий-ионды аккумуляторлар сияқты, бөлшектелген және қайта өңделетін никельді металл гидридті батареяларды пайдаланады.

Hielscher Ultrasonics жоғары өнімді ультрадыбыстық өндіреді.

Лаборатория мен стендіден өнеркәсіптік өндіріске күшті Ультрадыбыспен.