Recycling van elektroden – Zeer Efficiënt met Ultrasone Delaminatie

Door elektroden ultrasoon te delamineren kunnen actieve materialen zoals lithium, nikkel, mangaan, kobalt enz. binnen enkele seconden worden teruggewonnen. Daarbij maakt ultrasone elektrode delaminatie het terugwinnen van herbruikbare materialen uit batterijen sneller, groener, en aanzienlijk minder energie-intensief. Onderzoek heeft reeds aangetoond dat ultrasone delaminatie 100 keer sneller kan zijn dan conventionele recyclingtechnieken.

Kracht-ultrasone trillingen verbeteren het terugwinnen van actieve materialen uit elektroden

Ultrasonisch geassisteerde delaminatie van elektrodes biedt een snelle, efficiënte en duurzame aanpak voor het terugwinnen van actieve materialen en de folie. Deze delen van de elektrode zijn waardevolle materialen, die kunnen worden hergebruikt voor de fabricage van nieuwe batterijen. Ultrasone delaminatie is niet alleen aanzienlijk energie-efficiënter dan hydrometallurgische en pyrometallurgische recyclingprocessen, maar levert ook materialen van hogere zuiverheid op.

Voordelen van ultrasone elektrodeverwijdering

  • Snel (voltooid binnen enkele seconden)
  • Gemakkelijk te implementeren
  • Aanpasbaar aan elektrodeafmetingen
  • Milieuvriendelijk
  • Economisch
  • veilig
"Ultrasoneator

Ultrageluid elektrodevervuiling voor batterijrecycling

Informatieaanvraag




Let op onze Privacybeleid.


Ultrasone geluidsgolven met hoog vermogen worden gebruikt om actieve materialen uit batterijelektroden terug te winnen. Ultrasonische elektrodesplijting maakt het terugwinnen van herbruikbare materialen uit batterijen sneller, groener en aanzienlijk minder energie-intensief.

Ultrasone processor met sonotrode voor elektrodeverwijdering. Ultrasonische elektrodendelaminatie maakt het terugwinnen van herbruikbare materialen uit batterijen sneller, groener en aanzienlijk minder energie-intensief.

Recycling van batterijen: Elektrodescheiding en delaminatie

De recycling van lithium-ionbatterijen (LIB) is gericht op het terugwinnen van waardevolle materialen. De elektroden bevatten kostbare en zeldzame materialen zoals lithium, nikkel, mangaan, kobalt, enz., die efficiënt kunnen worden teruggewonnen met behulp van een continu ultrasoon delaminatieproces. Ultrasone processoren die zijn uitgerust met een sonde (sonotrode) kunnen intense amplitudes creëren. De amplitude zendt ultrasone golven in het vloeibare medium (b.v. een bad met oplosmiddelen), waar als gevolg van wisselende hoge-druk/lage-druk cycli minuscule vacuümbelletjes ontstaan. Deze vacuümbelletjes groeien in de loop van enkele cycli, totdat zij een omvang bereiken waarbij zij geen energie meer kunnen absorberen. Op dat moment imploderen de bellen met geweld. De zeepbelimplosie genereert plaatselijk een zeer energiedichte omgeving met vloeistofstralen met snelheden tot 280 m/s, intense turbulenties, zeer hoge temperaturen (ca. 5.000 K), drukken (ca. 2.000atm) en dienovereenkomstige temperatuur- en drukverschillen.
Dit verschijnsel van ultrasonisch geïnduceerde belimplosie is bekend als akoestische cavitatie. De effecten van akoestische cavitatie verwijderen de composietfilm van actief materiaal van de foliestroomcollector, die aan beide zijden met de composietfilm is bekleed. Het actieve materiaal bevat meestal een mengsel van lithiummangaanoxide (LMO) en lithiumnikkelmangaankobaltoxide (LiNiMnCoO2 of NMC) poeder, alsmede roet als geleidend additief.
Het mechanisme van ultrasone delaminatie is gebaseerd op fysische krachten, die in staat zijn moleculaire bindingen te verbreken. Door de intensiteit van het ultrasoon geluid zijn vaak mildere oplosmiddelen voldoende om de lagen actief materiaal van de folie of stroomcollector te verwijderen. Daardoor is de ultrasone delaminatie van de elektrode sneller, milieuvriendelijker en aanzienlijk minder energie-intensief.

Ultrasoonbehandeling met hoge intensiteit verbetert het delaminatieproces van elektroden aanzienlijk en levert actieve materialen van hoge kwaliteit op, die kunnen worden hergebruikt voor de productie van nieuwe batterijen.

Rasterelektronenmicroscopiebeelden (SEM) die de morfologische veranderingen van het actieve materiaal van de elektrode bij ultrasone delaminatie tonen. Alle beelden zijn gemaakt bij een vergroting van 5000x en een excitatie-energie van 10 kV. a) kathodemateriaal vóór delaminatie, b) gedelamineerd kathodisch actief materiaal, c) anodemateriaal vóór delaminatie en d) gedelamineerd anodemateriaal.
(studie en foto's: Lei et al., 2021)

Batterijen versnipperen vs. elektrodescheiding

Voor het terugwinnen van het actieve materiaal worden waterige of organische oplosmiddelen gebruikt om de metaalfolie, het polymeerbindmiddel en/of het actieve materiaal op te lossen. Het procesontwerp en de processtroom zijn van grote invloed op het eindresultaat van de terugwinning van het materiaal. Het traditionele batterijrecyclingproces omvat het versnipperen van de batterijmodules. Versnipperde componenten zijn echter moeilijk te scheiden in afzonderlijke componenten. Er is een complexe bewerking nodig om actief/waardevol materiaal uit de versnipperde massa te halen. Om de teruggewonnen actieve materialen opnieuw te kunnen gebruiken, is een bepaalde zuiverheidsgraad vereist. Het terugwinnen van zeer zuivere materialen uit de versnipperde batterijmassa vereist complexe processen, agressieve oplosmiddelen en is daarom duur. Ultrasone uitloging wordt met succes toegepast om de resultaten van de terugwinning van actieve materialen uit versnipperde lithium-ionbatterijen te intensiveren en te verbeteren.
Als alternatief voor het traditionele shredden is gebleken dat elektrodescheiding een doeltreffend batterijrecyclingproces is dat de zuiverheid van de verkregen materialen aanzienlijk kan verbeteren. Voor het scheidingsproces van de elektroden wordt de batterij in haar belangrijkste onderdelen uit elkaar gehaald. Aangezien de elektroden het grootste deel van het waardevolle materiaal bevatten, wordt de elektrode gescheiden en chemisch behandeld om de actieve materialen (lithium, nikkel, mangaan, kobalt ...) uit de beklede folie of stroomcollector op te lossen. Ultrasoonbehandeling staat bekend om de intense effecten die worden veroorzaakt door akoestische cavitatie. De sonomechanische krachten zorgen voor voldoende oscillatie en afschuiving om de actieve materialen, die in lagen op de folie zijn aangebracht, te verwijderen. (De structuur van een gecoate folie is vergelijkbaar met een sandwich, de folie in het midden en de laag actief materiaal aan de buitenkant).
scheiding van elektroden zou een haalbaarder optie zijn dan shredderen, wanneer deze optie wordt gebruikt in combinatie met autonome demontage, waardoor zuiverder afvalstromen en een groter waardebehoud in de toelevering mogelijk worden

Ultrasone processor UIP2000hdT (2000 watt) voor de delaminatie van batterijelektroden. Ultrasone delaminatie is een zeer efficiënte methode voor het terugwinnen van actief materiaal.

de ultrasonicator UIP2000hdT is een 2000 watt krachtige processor voor het delamineren van elektroden en maakt het recyclen van batterijen sneller, efficiënter en milieuvriendelijker.

Informatieaanvraag




Let op onze Privacybeleid.


Ultrasone sonotroden voor elektrodevervuiling

Speciale sonotroden die de vereiste amplitude leveren om de actieve materialen van de elektrodenfolie te verwijderen, zijn gemakkelijk verkrijgbaar. Aangezien de intensiteit van de akoestische cavitatie afneemt met toenemende afstand tussen sonotrode en elektrode, is een continu gelijkblijvende afstand tussen sonotrode en elektrode gunstig. Dit betekent dat het elektrodeblad dicht onder de sonotrodenpunt moet worden gebracht, waar de drukgolven sterk zijn en de cavitatiedichtheid hoog is. Met speciale sonotrodes die een bredere breedte bieden dan de standaard cilindrische ultrasone sonde, biedt Hielscher Ultrasonics een efficiënte oplossing voor het gelijkmatig delamineren van elektrodeplaten van elektrische voertuigen. Elektroden die worden gebruikt in batterijen voor elektrische voertuigen (EV's) met een zakcel hebben bijvoorbeeld een breedte van ongeveer 20 cm. Een sonotrode met dezelfde breedte zendt de akoestische cavitatie gelijkmatig uit over het hele elektrodeoppervlak. Daardoor komen binnen enkele seconden de lagen actief materiaal vrij in het oplosmiddel en kunnen ze worden geëxtraheerd en gezuiverd tot poeder. Dit poeder kan worden hergebruikt voor de productie van nieuwe batterijen.
Het onderzoeksteam van het Faraday Institution in het Verenigd Koninkrijk meldt dat het verwijderen van de actieve materiaallagen van de LIB-elektrode in minder dan 10 s kan worden voltooid wanneer de elektrode zich direct onder een sonotrode met hoog vermogen bevindt (1000 tot 2000 W, bv. UIP1000hdT of UIP2000hdT). Tijdens de ultrasone behandeling worden de lijmverbindingen tussen de actieve materialen en de stroomcollectoren verbroken, zodat in een volgende zuiveringsstap een intacte stroomcollector en poedervormig actief materiaal kunnen worden teruggewonnen.

Ultrasoonbehandeling breekt moleculaire bindingen en vergemakkelijkt het terugwinnen van actieve materialen tijdens het recyclen van batterijen.

Beelden die het effect van ultrageluid tonen op de achterzijde van: a) lithium-ion batterij anode plaat, en b) lithium-ion batterij kathode plaat. De anode werd gedelamineerd in een oplossing van 0,05 M citroenzuur; de kathode werd gedelamineerd in een oplossing van 0,1 M NaOH. De sonotrode had een diameter van 20 mm, met een vermogensintensiteit van 120 W/cm2 gedurende 3 seconden, op 2,5 mm afstand van de sonotrode. De grootte van het monster was 3 cm x 3 cm.
(studie en foto's: Lei et al., 2021)

Ultrasone apparatuur voor elektrodevervuiling

Hielscher Ultrasonics ontwerpt, fabriceert en distribueert hoogwaardige ultrasoonprocessoren, die in het 20kHz-bereik werken. Hielscher Ultrasoon’ Industriële ultrasoonapparaten zijn krachtige ultrasoonprocessoren die zeer hoge amplitudes kunnen leveren voor veeleisende toepassingen. Amplitudes tot 200µm kunnen gemakkelijk continu worden uitgevoerd in 24/7 bedrijf. Voor nog hogere amplitudes zijn op maat gemaakte ultrasone sonotroden beschikbaar. Voor het continue delaminatieproces van elektroden biedt Hielscher een reeks standaard en op maat gemaakte sonotrodes. De grootte van de sonotrode kan worden aangepast aan de grootte en breedte van het elektrodemateriaal, zodat optimale procescondities worden bereikt voor een hoge doorvoer en superieure terugwinning.

Neem contact met ons op! / Vraag ons!

Vraag voor meer informatie

Gebruik het onderstaande formulier om aanvullende informatie aan te vragen over ultrasone processoren, toepassingen en prijs. Wij bespreken graag uw proces met u en bieden u een ultrasoon systeem aan dat aan uw eisen voldoet!









Let op onze Privacybeleid.




Literatuur / Referenties

Ultrasone delaminatie herstelt actieve materialen binnen enkele seconden van gebruikte elektroden.

De foto toont een koperfolie, waaruit lagen grafiet en actief materiaal werden verwijderd in een ultrasone behandeling van enkele seconden. De teruggewonnen componenten bevinden zich in een oplossing van hoge zuiverheid en de verkregen stroomcollector is zuiver koper.
(Beeld en studie: Faraday Institution, Universiteit van Birmingham, Universiteit van Leicester)


Ultrasone high-shear homogenisatoren worden gebruikt in het lab, op de werkbank, in pilootproeven en in industriële processen.

Hielscher Ultrasonics produceert hoogwaardige ultrasone homogenisatoren voor mengtoepassingen, dispersie, emulsificatie en extractie op laboratorium-, pilot- en industriële schaal.


Ultrasoon geluid met hoge prestaties! Hielscher's productassortiment bestrijkt het volledige spectrum van de compacte laboratorium ultrasoonmachine over bench-top units tot full-industriële ultrasoon systemen.

Hielscher Ultrasonics vervaardigt hoogwaardige ultrasone homogenisatoren van Laboratorium naar industrieel formaat.