Ultraschall fir d'Recycling vu Lithium-Ion-Batterien
- D'Lithium-Ionbatterien déi an elektresche Autoen benutzt ginn, sinn elo just op de Massenmarkt komm an et muss Recyclingkapazitéiten entwéckelt ginn.
- Ultraschall Auslaugung ass eng effizient, ëmweltfrëndlechst Technik fir Metalle wéi Li, Mg, Co, Ni etc. aus verbrauenen Li-Ionen-Batterien ze bréngen.
- Hielscher industriell Ultraschallsysteme fir Auslaugung Applikatiounen si sécher an robust a kënne einfach an existéierend Recyclingsplanzen integréiert sinn.
Recycling vu Lithium-Ionbatterien
D'Lithium-Ionbatterien ginn allgemeng an elektresche Gefierer (EV), Laptops an Handyen benotzt. Dëst bedeit datt Lithium-Ion-Batterien eng aktuell Erausfuerderung iwwer Offallmanagement a Recycling sinn. D'Batterien sinn e wesentleche Käfer fir EVs, an hir Entsuergung ass och deier. Umweltschutz a wirtschaftlech Aspekter drénken fir eng zougeschloene Recyclingschlaang zënter dem Batterietaart wertvoll Materialien an hëlleft den CO2-Ausstouss vu Lithium-Ionbatterien ze reduzéieren.
D'Recycling vu Li-Ionbatterien wächst zu enger blühende Industrie Sektioun fir d'Zukunft vun der Selektiount Äerd Metal Metalle an aner Batteriekomponenten ze garantéieren an d'Emwelt Käschte vum Mining ze reduzéieren.
Industrie Ultraslon Leaching
Ultraschallsaugen a Metall Extraktioun kann u Recyclingsprozesses vu Lithium-Cobalt-Oxid-Batterien applizéiert ginn (zB vu Laptops, Smartphones, etc.) wéi och vun komplexe Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Batterien (zB aus elektresche Gefierer).
Héichkraaft-Ultraschall ass bekannt fir seng Kapazitéit fir chemesch Flëssegkeete a Stëppel ze verarbeen fir Massentransport ze verbesseren an chemesch Reaktiounen ze initiéieren.
Déi intensiv Effekter vun der Kraaft Ultraschall baséieren op dem Phänomen vum akustesche Kavitation. Duerch d'Kopplung vu Stroumkraaft-Ultraschall an Flëssegkeeten / Schläifung generéiert d'alternierend Ënnerdréckt- an Hochdruckwellen an de Flëssegkeete kleng Vakuumblasen. Déi kleng Vakuawuelungen wuessen iwwer verschidden Divisiounsdruck / Hochdruck-Zyklen bis déi implodéieren heftig. D'Koup Vakuibbollen kënnen als Mikroreaktoren berücksichtegt ginn, bei deenen Temperaturen vu bis zu 5000 K, Drécke vun bis zu 1000 Satz, a Heiz- a Ofkierzungsraten iwwert 10-10 geschéien. Zudem gi staark staark hydrodynamesch Scherkräften a Flëssdüsen mat bis zu 280m / s Velositéit generéiert. Dës extremer Zustands vun der akustescher Kavitation stellen aussergewéinleche physikaleschen a chemeschen Zoustëmmung an anere kalte Flëssegkeeten an e geschützte Kader fir chemesch Reaktiounen (Sonochemie).
48kW Ultraschall-Prozessor
fir exigent Applikatiounen wéi d'Auslaugung vu Metallen
Ultraschalllaugen vu Metallen aus erschöpften Batterietaer.
De grousse Virdeel vun der Ultraschalllaachung an der Metaller Erhuelung ass d'präzis Kontroll iwwer d'Prozessparameter wéi Amplitude, Drock an Temperatur. Dës Parameteren erlaben dës Reaktiounsbedingungen genee fir de Prozessmedium an de gezielte Output anzebezéien. Ausserdeem huet d'Ultraschalllaugung souguer déi klengst Metallpartikel vum Substrat ofgeschnidden, während d'Mikrostrukturen geséchert. D'verstärkte Metallerholung ass wéinst der Ultraschallschafung vun héich reaktiven Uewerflächen, erhéicht Reaktionsraten a verbesserte Massentransport. Sonikatiounsprozess kann optimiséiert ginn duerch beaflosse vun all Parameteren an sinn dofir net nëmmen ganz effektiv awer och energieeffizient.
Seng genee Parametrieren a Energieeffizienz maachen d'Ultraschallstrahlung déi favorabel a exklusive Technik – virun allem am Verglach mat komplizéierte Säureverstreckung an Chelatiséierungstechniken.
Ultraschallerwerung vu LiCoO2 Aus Spent Lithium-Ion-Batterien
Ultrasonikie hëlleft den reduktiven Ausliwwerung a chemesche Fäll, déi benotzt gi fir Li Li Li zréckzéien2CO3 an Co als Co (OH)2 vun Offäll Lithium-Ionbatterien.
Zhang et al. (2014) bericht de erfollegräich Erhuelung vum LiCoO2 mat engem Ultraschallreaktor. Fir d'Start vu 600mL virbereeden, gi se 10g ongülteg LiCoO2 Puder an engem Becher an der Zuelung vun 2,0 mol / L LiOH, déi vermëschen waren.
D'Mëschung gouf an d'Ultraschallbestrahlung gegollt an d'Rührapparat ugefaang, d'Rührvorrichtung war am Interieur vum Reaktiounsbehälter plazéiert. Et war op 120◦C erhëtzt an dann den Ultrasonic Apparat war op 800W gesat, an den Ultraschallmodus vun der Aktioun war gepulste Zuel vu 5 s. ON / 2sec. OFF. D'Ultraschallbestrahlung gouf fir 6 Auer applizéiert an duerno huet d'Reaktiounsgemeng op Raumtemperatur geklappt. De feste Rescht ass méi oft mei deioniséiertem Waasser gewascht an bei 80 ° C bis zu konstanten Gewiicht getrocknt. D'Resultat ass fir d'nächst Tester an d'Batterie Produktioun gesammelt. D'Ladekapazitéit am éischte Zyklus ass 134,2mAh / g an d'Entlappt Kapazitéit ass 133,5mAh / g. Déi éischt Kéier Fracht- an Entlousseffizienz war 99,5%. No 40 Zyklen ass d'Auslaagkapazitéit nach ëmmer 132,9mAh / g. (Zhang et al., 2014)
Liquo LiCoO2 Kristalle viru (a) a no (b) Ultraschallbehandlung bei 120◦C fir 6 Auer. Quelle: Zhang et al. 2014
Ultraschall Auslaucht mat organeschen Säuren wéi Zitronen ass net nëmmen effektiv, awer och ëmweltfrëndlech. D'Untersuchung hat fonnt datt d'Ausléisung vu Co an Li méi effizient mat Zitater Säure ass wéi mat den anorganesche Säuren H2SO4 an HCl. Méi wéi 96% Co a bal 100% Li goufen aus verbrauenen Lithium-Ionbatterien zréckgewonnen. D'Tatsaach, datt organesch Sauerstoff wéi Zittersäure oder Essigsäure kaaft a biodégradabel ass, hëlleft bei de wirtschaftlechen a ökologesche Virdeeler vun der Sonikatioun.
High-Power Industrial Ultraschall
Hielscher Ultrasonics ass Äre langjährege Provider fir héich effizient a verlässlech Ultraschallsystemer, déi d'Noutwendegkeet leeschten fir Metallen aus Offallmaterialien ze lecken. Fir d'Li-Ion-Batterien ze restauréieren andeems d'Metalle wéi Kobalt, Lithium, Nickel a Mangan extrahéiert, kräfteg a robust Ultraschallsysteme sinn néideg. Hielscher Ultrasonics’ Industrieunite wéi den UIP4000hdT (4kW), An UIP10000 (10kW) an UIP16000 (16kW) sinn déi mächtegst a robuste Hochleistungs-Ultraschall-Systeme um Maart. All eis Industrieapparater kënnen kontinuéierlech mat ganz héich Amplituden vun bis zu 200μm an 24/7 Operatioun lafen. Fir nach méi héijen Amplituden sinn d'personaliséiert Ultraschall sonotroden verfügbar. De Robuste vun der Hielscher Ultraschall-Ausrüstung erméiglecht fir 24/7 Operatioun bei schwéiere Betreiungsbedürfnisser an erfuerderlechen Ëmfeld. Hielscher liefert speziell Sonotroden a Reaktoren fir Héichtemperaturen, Drëchen a korrosive Flëssegkeeten. Dëst erleeft eis industrielle Ultraschallstécker fir extractive Metallurgie Techniken, wéi zB hydrometallurgical Behandlungen.
D'Tabellner ënnert Iech en Indikatioun vun der ongeféieren Veraarbechtkapazitéit vun eisem Ultraschall:
| Konte gefouert QShortcut | Duerchflossrate | recommandéiert Comments |
|---|---|---|
| 0.1 bis 20L | 0.2 bis 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100L | 2 bis 10L / min | UIP4000 |
| na | 10 bis 100L / min | UIP16000 |
| na | méi grouss | Stärekoup vun UIP16000 |
Fakten Wësse wat weess
Lithium-Ion-Batterien
D'Lithium-Ionbatterien (LIB) sinn déi kollektive Bezeechnung fir (widderstänneg) Batterien déi eng héich Energiedichte bidden a gi meescht an der Konsumelektronik wéi Elektronikautoen, Hybridautoen, Laptops, Handyen, iPod'en, etc. aner Varianten vun Akkuen mat ähnlecher Gréisst a Kapazitéit, LIBs sinn erweiderlech méi hell.
Am Géigesaz zu der disposabel Lithium primär Batterie benotzt en LIB eng interkaléiert Lithiumverbindung statt metallesche Lithium als seng Elektrode. Déi Haaptkomponent vun enger Lithium-Ionbatterie sinn seng Elektroden – Anode a Kathod – an den Elektrolyte.
Déi meescht Zellen deelen gemeinsamen Komponenten wat d'Elektrolyt, d'Separator, d'Folie a vum Koffer ugeet. De groussen Ënnerscheed tëscht Zelltechnologien ass den Material benotze wéi “aktive Matièren” wéi Kathodesch an Anode. De Graphit ass deen am meeschten benotzte Material wéi Anode, an d'Kathode ass aus Schicht LiMO2 (M = Mn, Co a Ni), Spinel LiMn2O4, oder olivin LiFePO4. D'Elektrolyte-organesch Flësselektrolyte (zB LiPF6-Salz, geléift an enger Mëschung vun organesche Léisungsmëttelen, wéi Ethylencarbonat (EC), Dimethylcarbonat (DMC), Dietshylkarbonat (DEC), Ethylmethylcarbonat (EMC) etc.) ionesche Bewegung.
Ofhängeg vun der positiver (Kathod) an der negativer (Anode) Elektrodenmaterial, variéieren d'Energie Densitéit an d'Spannung vu LIBs.
Wann se an elektresche Gefierer benotzt ginn, gëtt d'Elektroauto-Batterie (EVB) oder d'Trakt Batterie benotzt. Seng Trakterbatterien ginn an Gabelschléi, elektresch Golfplazen, Böschmaschinn, Elektromotore, Elektroautoen, Lkw, Transportbunnen an aner elektresch Autoe benotzt.
Metal Recycling vu Spent Li-Ion Batterien
Am Verglach mat aner Typen vun Batterien déi oft Blei oder Cadmium enthalen, Li-Ion-Batterien manner manner gëfteg Metalle enthalten a sinn dofir als ëmweltfrëndlech. Déi vill Liwwerziel-Batterien, déi awer als verbrachte Batterien aus Elektroautoen entsuergt ginn, presentéieren e Wuertsproblem. Dofir ass eng zougeschloene Recyclingschlaang vu Li-Ionbatterien néideg. Aus ökonomescher Sicht si Metalldeeler, wéi Eisen, Kuel, Nickel, Kobalt a Lithium, kënnen an der Produktioun vun neien Batterien erëmgewues ginn. Recycling kann e spéideren Mangel och verhënneren.
Obwuel d'Batterien mat héije Nickel Belaaschtungen an de Maart kommen, ass et net méiglech, Batterien ouni Cobalt ze produzéieren. De méi héije Nickelgehalt ass op e Käschtepunkt: Mat engem verstäerkten Niwwelgehalt ass d'Stabilitéit vun der Batterie verringert ginn an doduerch säin Zyklus Liewen an d'Kapazitéit de schnelle Lëschte reduzéiert ginn.
Méi grouss Demande fir Li-Ion-Batterien fuerdert méi Recyclingkapazitéiten fir Offallbatterien.
Recycling Prozess
D'Batterien vun elektresche Gefierer wéi de Tesla Roadster hunn eng ongeféier Liewensdauer vun 10 Joer.
De Recyclage vun de Li-Ion-Batterien entlaascht ass e fuerentleche Prozess, well grouss Spannung a geféierlech Chemikalien involvéiert sinn, wat mat de Risiko vum thermesche Fluchkäscht, elektresche Schlag an d'Emissioun vun geféierleche Stoffer gëtt.
Fir e gespaarte Loop-Recycling ze grënnen, all chemesch Bindungen an all Elementer mussen an hir eenzel Fractions getrennt sinn. D'Energie, déi fir esou eng zouverletzte Schleifenverwaltung erfuerderlech sinn, sinn ganz deier. Déi wertvollst Material fir d'Genesung si Metal, wéi Ni, Co, Cu, Li, etc., well deiereg Mining an Héich Maart Präisser vun Metallkomponenten de Recycling ekonomesch attraktiv maachen.
De Recyclingsprozess vun Li-Ionbatterien beginn mam Ofbau an d'Entlafen vun den Batterien. Virun der Ouverture vun der Batterie ass eng Passivatioun néideg fir d'Chemikalien an der Batterie z'aktivéieren. Passivatioun kann duerch kryogesch Gefriess oder kontrolléiert Oxidatioun geliwwert ginn. Ofhängeg vun der Batteregréisst, kënnen d'Batterien zeréckt an zerglitt op d'Zille. Nodeems d'Demontage an d'Brech gemaach goufen, ginn d'Bestanddeeler vun verschiddene Methoden isoléiert (zB Screening, Stëpp, Handhellung, magnetesch, naass an ballistesch Trennung), fir Zellverkleedungen, Aluminium, Kof, an Plastik aus dem Elektrodenpulver ze brengen. D'Trennung vun den Elektroden ass néideg fir de stromabdrécken Prozesser, zB hydrometallurgesch Behandlung.
Pyrolysis
Fir pyrolytesch Veraarbechtung goufe bësse Batterien ofgeschmiert an engem Otem, wou Kalkstein als Schlackenform bäigebaut gëtt.
Hydrothermesche Prozesser
Hydrometallurgesch Veraarbechtung baséiert op sauer Reaktiounen fir d'Salze als Metal ze precipitéieren. Typesch hydrometallurgesch Prozesser gehéieren en Ausbroch, Ausfäll, Ionenaustausch, Léisungsmëttelentraktioun a Elektrolyse wäisser Léisungen.
De Virdeel vun der hydrothermescher Veraarbechtung ass d'Erhuelung vun der Erhuelung vun 95% vun Ni an Co als Salze, 90% Li kann ausgefall sinn, an de Rescht kann bis zu 80% erholt ginn.
Besonnesch Cobalt ass e kriteschen Deel vun Lithium-Ion-Batterie Kathoden fir héich Energie an Energieapplikatiounen.
Aktuelle Hybridautoen, wéi den Toyota Prius, benotze Nickel-Metallhydrid-Batterien, déi zerféiert, entlackt a recycléiert ginn an ähnlech wéi Li-Ionen-Batterien.
Literatur / nëmmen
- Golmohammadzadeh R., Rashchi F., Vahidi E. (2017): Recovery of lithium and cobalt from spent lithium-ion batteries using organic acids: Process optimization and kinetic aspects. Waste Management 64, 2017. 244–254.
- Shin S.-M.; Lee D.-W.; Wang J.-P. (2018): Fabrication of Nickel Nanosized Powder from LiNiO2 from Spent Lithium-Ion Battery. Metals 8, 2018.
- Zhang Z., He W., Li G., Xia J., Hu H., Huang J. (2014): Ultrasound-assisted Hydrothermal Renovation of LiCoO2 from the Cathode of Spent Lithium-ion Batteries. Int. J. Electrochem. Sci., 9 (2014). 3691-3700.
- Zhang Z., He W., Li G., Xia J., Hu H., Huang J., Shengbo Z. (2014): Recovery of Lithium Cobalt Oxide Material from the Cathode of Spent Lithium-Ion Batteries. ECS Electrochemistry Letters, 3 (6), 2014. A58-A61.
Powerful Ounikatioun vu Laboratioun a Bankchef op d'Industrieproduktioun.