Ultrasonics fir d'Recycling vu Lithium-Ion Batterien

• Lithium-Ion-Batterien, déi an Elektroautoen benotzt ginn, kommen elo just op de Massemaart an domat musse Recyclingskapazitéiten entwéckelt ginn.
• Ultrasonic Leaching ass eng effizient, ëmweltfrëndlech Technik fir Metaller wéi Li, Mg, Co, Ni etc. aus verbrauchte Li-Ion Batterien ze recuperéieren.
• Hielscher industriell Ultraschallsystemer fir Ausleechapplikatioune sinn zouverlässeg a robust a kënnen einfach an existent Recyclinganlagen integréiert ginn.

Recycling vu Lithium-Ion Batterien

Lithium-Ion Batterien gi wäit an elektresche Gefierer (EV), Laptops an Handyen benotzt. Dëst bedeit datt verbrauchte Lithium-Ion Batterien eng aktuell Erausfuerderung betreffend Offallmanagement a Recycling sinn. D'Batterien sinn e grousse Käschte Chauffer fir EVs, an hir Entsuergung ass och deier. Ëmwelt- a wirtschaftlech Aspekter drécken op eng zouene Recyclingsschleife well de Batterieoffall wäertvoll Materialien enthält an hëlleft de Kuelestoffofdrock vun der Fabrikatioun vu Lithium-Ion Batterien ze reduzéieren.
Recycling vu Li-Ion Batterien wiisst zu engem bléiende Industriesektor fir d'Zukunft Disponibilitéit vu seltenen Äerdmetaller an aner Batteriekomponenten ze garantéieren an d'Ëmweltkäschte vum Biergbau ze reduzéieren.

Pyrometallurgesch an hydrometallurgesch Recycling vs Ultrasonic Batterie Recycling

Hei ënnen vergläiche mir déi konventionell Methode vu pyrometallurgeschen an hydrometallurgesche Prozesser mat der Ultraschall-Lachtechnik iwwer Virdeeler an Nodeeler.

D'Nodeeler vun der konventioneller Batterie Recycling

Traditionell Methode fir Lithium-Ion Batterie Recycling benotzt enthalen pyrometallurgesch an hydrometallurgesch Prozesser.
 
Pyrometallurgesch Methoden involvéiert héich Temperaturprozesser wéi Schmelzen oder Verbrennung. D'Batterien ginn extremer Hëtzt ënnerworf, sou datt d'organesch Komponenten ofbrennen, an déi verbleiwen metallesch Komponenten ginn geschmolt a getrennt. Wéi och ëmmer, dës Methoden hunn e puer Nodeeler:

• Ëmwelt- Impakt: Pyrometallurgesch Prozesser verëffentlechen schiedlech Emissiounen a Verschmotzungen an d'Atmosphär, droen zur Loftverschmotzung bäi a verursaache potenziell Gesondheetsrisiken.
• Materialverloscht: Héichtemperaturprozesser kënnen zum Verloscht vu wäertvollen Materialien a Metalle féieren wéinst thermescher Degradatioun, wat d'Gesamt Erhuelungsquote reduzéiert.
• Energieintensiv: Dës Methoden erfuerderen typesch bedeitend Energieinput, wat d'Operatiounskäschte an d'Ëmweltofdrock erhéicht.

 
Hydrometallurgesch Methoden involvéiert chemesch Ausleechung fir d'Batteriekomponenten opzeléisen a wäertvoll Metaller ze extrahieren. Wärend méi ëmweltfrëndlech wéi pyrometallurgesch Methoden, Hydrometallurgie huet seng eegen Nodeeler:

• Chemesch Benotzung: Staark Säuren oder aner ätzend Chemikalien si gebraucht fir Ausleechung, wat Bedenken iwwer chemesch Handhabung, Offallmanagement a potenziell Ëmweltkontaminatioun mécht.
• Selektivitéitsfuerderunge: Selektiv Ausleechung vu gewënschte Metalle erreechen kann schwéier sinn, wat zu méi nidderegen Erhuelungsraten a potenzielle Verloscht vu wäertvollen Ressourcen féiert.

 

Virdeeler vun Ultraschall Batterie Leaching iwwer konventionell Techniken

Am Verglach mat béiden, pyrometallurgeschen an hydrometallurgesche Recyclingstechniken, konkurréiere Ultraschall Batterie Recycling Technik aus wéinst verschiddene Virdeeler:

1. Verbesserte Effizienz: Ultraschall-Sonication kann den Decompte vu Batteriematerial beschleunegen, wat zu méi kuerzer Veraarbechtungszäiten a méi héije Gesamteffizienz resultéiert.
2. Verbesserte Erhuelungsraten: Déi kontrolléiert Applikatioun vun der Ultraschallkavitatioun verbessert den Decompte vu Batteriekomponenten, erhéicht d'Erhuelungsraten vu wäertvollen Metaller.
3. Emweltfrëndlech: Ultrasonic Recycling reduzéiert d'Vertrauen op héich Temperaturen a schaarfe Chemikalien, miniméiert den Ëmweltimpakt an d'Emissioune vu Pollutanten.
4. Selektiv Leaching: Déi kontrolléiert Uwendung vun Ultraschall erlaabt eng geziilte Stéierung vu spezifesche Komponenten an der Batterie, déi se effizient trennen. Well verschidde recycléierbar Batterieverbindunge geläscht ginn an opgeléist ginn ënner spezifeschen Ultraschallintensitéiten, optimiséiert Veraarbechtungsparameter erlaben eng selektiv Ausleechung vun eenzelne Materialien. Dëst erliichtert d'effizient Trennung vu wäertvollen Metaller a Materialien.
5. Reduzéiert Energieverbrauch: Am Verglach mat béiden, déi hydrometallurgesch a besonnesch mat pyrometallurgesche Methoden, ass Ultraschallverwäertung allgemeng méi energieeffizient, wat zu méi nidderegen Operatiounskäschten a reduzéierte Kuelestoffofdrock féiert.
6. Skalierbarkeet a Flexibilitéit: Ultrasonic Systemer kënnen einfach op oder erof skaléiert ginn fir verschidde Batteriegréissten a Produktiounskapazitéiten z'empfänken. Zousätzlech kënnen d'Ultraschaller fir d'Batterieverwäertung ganz einfach a scho existéierend Batterieverwäertungsanlagen integréiert ginn. Einfach verfügbar op verschiddene Kraaftskalen a passenden Accessoiren wéi Ultraschallsonden a Flowzellreaktoren, Ultraschallreaktoren kënnen Batteriekomponente vu verschiddene Gréissten a Produktiounskapazitéiten handhaben, Skalierbarkeet an Adaptabilitéit a Recyclingsprozesser ubidden.
7. Synergistesch Integratioun: Ultraschall Leaching kann an existéierend hydrometallurgesch Batterie-Recyclingslinnen integréiert ginn fir d'hydrometallurgesch Ausleechung vu wäertvollen Metaller a Materialien aus verbrauchte Li-Ion Batterien ze verstäerken an ze verbesseren.

Allgemeng weist d'Ultraschall Batterie Recycling Verspriechen als eng méi ëmweltfrëndlech, effizient a selektiv Method am Verglach mat traditionelle pyrometallurgeschen an hydrometallurgesche Approche.

 

Industriell Ultraschall Leaching fir Metall Erhuelung vu verbrauchte Batterien

Ultrasonic Leaching a Metallextraktioun kënnen op Recyclingsprozesser vu Lithium-Kobaltoxid-Batterien (zB vu Laptops, Smartphones, etc.) wéi och vu komplexe Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Batterien (zB aus elektresche Gefierer) applizéiert ginn.
Héichkraaft Ultraschall ass bekannt fir seng Fäegkeet fir chemesch Flëssegkeeten a Schläim ze veraarbecht fir Massentransfer ze verbesseren an chemesch Reaktiounen ze initiéieren.
Déi intensiv Effekter vun der Kraaft-Ultraschall baséieren op dem Phänomen vun der akustescher Kavitatioun. Duerch d'Kupplung vun Héichkraaft-Ultraschall a Flëssegkeeten / Schläim, generéieren déi alternéierend Low-Drock- an Héichdrockwellen a Flëssegkeete kleng Vakuumblasen. Déi kleng Vakuum-Voiden wuessen iwwer verschidde Low-Drock/High-Drock Zyklen bis d'implodéieren hefteg. Déi kollapsend Vakuumblasen kënnen als Mikroreaktoren ugesi ginn, an deenen Temperaturen vu bis zu 5000K, Drock vu bis zu 1000atm, an Heiz- a Ofkillraten iwwer 10^-10 geschéien. Ausserdeem gi staark hydrodynamesch Schéierkraaft a Flëssegjets mat bis zu 280m/s Geschwindegkeet generéiert. Dës extrem Konditioune vun der akustescher Kavitatioun kreéieren aussergewéinlech physesch a chemesch Bedéngungen an soss kale Flëssegkeeten a kreéieren e profitabelt Ëmfeld fir chemesch Reaktiounen (s. Sonochemie).

Ultraschall generéiert Kavitatioun kann Thermolyse vu Soluten induzéieren wéi och d'Bildung vun héich reaktive Radikalen a Reagenzen, wéi fräi Radikaler, Hydroxidionen (•OH,) Hydronium (H)₃O+) etc., déi aussergewéinlech reaktiv Konditiounen an der Flëssegkeet ubidden, sou datt d'Reaktiounsrate wesentlech erhéicht gëtt. Feststoffer wéi Partikele gi beschleunegt vun de Flëssegjets a gi gemoolt duerch interpartikulär Kollisioun a Abrasioun, déi d'aktiv Uewerfläch erhéijen an doduerch Massentransfer.
De grousse Virdeel vun Ultraschall Leaching an Metal Erhuelung ass déi präzis Kontroll iwwer de Prozess Parameteren wéi Amplituden, Drock an Temperatur. Dës Parameteren erlaben d'Reaktiounsbedéngungen genee un de Prozessmedium an dem geziilten Output unzepassen. Ausserdeem läscht d'Ultraschallleachung souguer déi klengste Metallpartikelen aus dem Substrat, wärend d'Mikrostrukturen erhale bleiwen. Déi verstäerkte Metaller Erhuelung ass wéinst der Ultraschallkreatioun vun héich reaktiven Flächen, erhéicht Reaktiounsraten a verbesserte Massentransport. Sonication Prozesser kënnen optimiséiert ginn andeems Dir all Parameter beaflosst a sinn dofir net nëmme ganz effektiv, awer och héich energieeffizient.
Seng exakt Parameter Kontroll an Energieeffizienz maachen d'Ultraschall Leaching déi favorabel an exzellent Technik – besonnesch am Verglach mat komplizéierte Säureausleechung a Chelatiounstechniken.

Ultraschall Erhuelung vu LiCoO₂ aus verbrauchte Lithium-Ion Batterien

Ultrasonication hëlleft de reduktiven Auslauch a chemesche Nidderschlag, déi benotzt gi fir Li als Li ze recuperéieren₂CO₃ a Co als Co(OH)₂ aus Offall Lithium-Ion Batterien.
Zhang et al. (2014) bericht déi erfollegräich Erhuelung vu LiCoO₂ mat Hëllef vun engem Ultraschallreakter. fir d'Startléisung vu 600mL ze preparéieren, hu se 10g ongülteg LiCoO geluecht₂ Pudder an engem Becher an dobäi 2,0mol / L vun LiOH Léisung, déi gemëscht goufen.
D'Mëschung gouf an d'Ultraschallbestrahlung gegoss an d'Rührapparat huet ugefaang, d'Rührapparat gouf am Interieur vum Reaktiounsbehälter plazéiert. Et gouf op 120◦C erhëtzt, an dann den Ultraschall Apparat war op 800W gesat an den Ultraschall-Aktiounsmodus gouf op pulséiert Duty Cycle vu 5 Sekonnen gesat. AN / 2 Sek. OFF. D'Ultraschallbestralung gouf fir 6h ugewannt, an dann ass d'Reaktiounsmëschung op Raumtemperatur ofgekillt. De festen Rescht gouf e puer Mol mat deioniséiertem Waasser gewascht a bei 80◦C bis konstant Gewiicht getrocknegt. Déi kritt Probe gouf fir spéider Tester a Batterieproduktioun gesammelt. D'Ladekapazitéit am éischten Zyklus ass 134,2mAh/g an d'Entladungskapazitéit ass 133,5mAh/g. Déi éischt Kéier Ladung an Entladungseffizienz war 99,5%. No 40 Zyklen ass d'Entladungskapazitéit nach ëmmer 132,9mAh/g. (Zhang et al. 2014)
 

 
Ultraschall Leaching mat organeschen Säuren wéi Zitrounesaier ass net nëmmen effektiv awer och ëmweltfrëndlech. Fuerschung huet festgestallt datt d'Lachung vu Co a Li méi effizient ass mat Zitrounesaier wéi mat den anorganesche Säuren H2SO4 an HCl. Méi wéi 96% Co a bal 100% Li goufen aus verbrauchte Lithium-Ion Batterien erholl. D'Tatsaach, datt organesch Säuren wéi Zitrounesaier an Essigsäure bëlleg a biodegradéierbar sinn, dréit zu weider wirtschaftlechen an ökologesche Virdeeler vun der Sonikatioun bäi.

High-Power Industriell Ultraschall fir Metal Ausleechung vu verbrauchte Batterien

Hielscher Ultrasonics ass Äre laang erfuerene Fournisseur fir héich effizient an zouverlässeg Ultraschallsystemer, déi déi erfuerderlech Kraaft liwweren fir Metaller aus Offallmaterialien ze leschen. Fir Li-Ion Batterien ze reprocesséieren andeems Metaller wéi Kobalt, Lithium, Nickel a Mangan extrahéiert ginn, si mächteg a robust Ultraschallsystemer wesentlech. Hielscher Ultrasonics industriell Eenheeten wéi den UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), UIP10000 (10kW), an UIP16000 (16kW) sinn déi mächtegst a robust High-Performance Ultraschallsystemer um Maart. All eis industriell Eenheeten kënne kontinuéierlech mat ganz héijen Amplituden vu bis zu 200µm an 24/7 Operatioun lafen. Fir nach méi héich Amplituden sinn personaliséiert Ultraschall Sonotroden verfügbar. D'Robustitéit vun der Hielscher Ultraschallausrüstung erlaabt 24/7 Operatioun bei schwéierer Pflicht an an usprochsvollen Ëmfeld. Hielscher liwwert speziell Sonotroden a Reaktoren fir héich Temperaturen, Drock a korrosive Flëssegkeeten. Dëst mécht eis industriell Ultraschaller am meeschte gëeegent fir extraktiv Metallurgie Techniken, zB hydrometallurgesch Behandlungen.

D'Tabell hei drënner gëtt Iech eng Indikatioun vun der geschätzter Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschaller:

---

---

Literatur / Referenzen

• 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.