Ultrasoon maakt recycling van lithium-ionbatterijen efficiënter

Lithium is een schaars en zeer waardevol materiaal dat aanwezig is in krachtige batterijen, zoals Li-ion-batterijen. Lithium is het meest waardevolle materiaal dat wordt teruggewonnen bij het recyclen van Li-ion-batterijen, maar ook andere mineralen en metalen zoals kobalt, mangaan, nikkel, koper en aluminium zijn waardevolle metalen om terug te winnen. Ultrasoonbehandeling met hoge intensiteit wordt gebruikt als agitatie- en uitloogtechniek met hoge schuifkracht om waardevolle mineralen en metalen uit gebruikte batterijen te extraheren, te verwijderen en op te lossen. De sonicatiemethode is zeer efficiënt, energiezuinig en is direct beschikbaar voor installatie in volledig commerciële recyclingfaciliteiten.

Overzicht: Recyclageproces voor Li-Ion-batterijen

Het recyclingproces van edele metalen en materialen uit gebruikte Li-ion-batterijen omvat meestal verschillende stappen. Hier volgt een algemeen overzicht:

1. Verzamelen en sorteren: Afgewerkte Li-ion-batterijen worden verzameld en gesorteerd op basis van hun types en chemische samenstelling.
2. Demontage: Eerst wordt het plastic deksel van de batterij opengebroken en verwijderd. Daarna wordt de naakte batterij in vloeibare stikstof gelegd om reactieve, explosieve stoffen te neutraliseren. Deze stap zorgt ervoor dat een plotseling vrijkomen van alle opgeslagen energie en de daaropvolgende ontsteking en explosie die daarmee gepaard gaan, worden voorkomen. Daarna worden de batterijen uit elkaar gehaald om de verschillende onderdelen te scheiden, zoals de kathode, anode, elektrolyt en behuizing.
3. Versnipperen: De gedemonteerde batterijen worden in kleinere stukken versnipperd om het oppervlak voor latere processen te vergroten.
4. Elektrode delaminatie: Voor de metaalextractiebehandeling moeten de geïsoleerde elektroden, d.w.z. kathode en anode, verder worden gedemonteerd. Aangezien het kathodemateriaal over het algemeen met een bindmiddel, meestal polyvinylideenfluoride (PVDF) of polytetrafluorethyleen (PTFE), aan de aluminiumfolie vastzit, is het moeilijk om de kathode en de aluminiumfolie van elkaar te verwijderen.
5. Chemische behandeling: De versnipperde batterijonderdelen ondergaan verschillende chemische behandelingen om de verschillende materialen op te lossen en te scheiden. Dit kan uitlogen met zuur of andere oplosmiddelen inhouden om waardevolle metalen zoals lithium, kobalt, nikkel en koper te extraheren.
6. Terugwinning en zuivering: De opgeloste metalen worden dan teruggewonnen uit de oplossing via processen zoals precipitatie, vloeistofextractie of elektrochemische methoden. Deze stappen helpen bij het zuiveren en concentreren van de edelmetalen.

Edelmetaalterugwinning verbeterd door Sonicatie

Krachtig ultrageluid kan de stappen van elektrodeverwijdering en uitloging van edele metalen en materialen verbeteren door de reacties te intensiveren, waardoor het terugwinningsproces aanzienlijk efficiënter wordt. Ultrasoon geluid is een techniek die ultrasone golven met hoge intensiteit gebruikt om mechanische trillingen en akoestische cavitatie in een vloeibaar medium te creëren. De sterke krachten van ultrasone trillingen worden gebruikt om het recyclingproces van edele metalen uit gebruikte Li-ion-batterijen op verschillende manieren te verbeteren:
 

1. Desintegratie: Ultrasoon geluid breekt de versnipperde batterijmaterialen af zodat er kleinere deeltjes ontstaan. Kleinere deeltjes bieden een groter oppervlak waardoor de chemische uitloging effectiever is en waardevolle metalen vrijkomen.
2. Verbeterde uitloging: De toepassing van ultrasoon tijdens uitlogingsprocessen kan het contact tussen de vaste stof en de uitloogoplossing verbeteren, waardoor de efficiëntie van de metaalextractie toeneemt. Ultrasoon uitlogen bevordert de metaalextractie en verhoogt het rendement van teruggewonnen metalen en mineralen zoals kobalt, mangaan, nikkel, koper en aluminium.
3. Verbeterde elektrode delaminatie: Het doel van elektrodeverwijdering tijdens batterijrecycling is het scheiden van de verschillende onderdelen, zoals elektroden, elektrolyten en separatoren, zodat ze afzonderlijk verder verwerkt of gerecycled kunnen worden. Ultrasoon geluid helpt bij het losmaken en verwijderen van coatings van de elektrode. Sonomechanische krachten bevorderen de efficiënte scheiding van de lagen van de elektroden.
4. Versnelde reacties: Ultrasoon zorgt voor sneller en grondiger mengen, wat chemische reacties kan versnellen tijdens het terugwinnen en zuiveren van metalen.
5. Lager energieverbruik: Ultrasoontechniek kan de procesefficiëntie verhogen, waardoor er minder tijd en energie nodig is voor het terugwinnen van metaal uit gebruikte batterijen.

 
Ultrasoontechnologie kan een positieve rol spelen bij het verbeteren van het recyclingproces van edele metalen en materialen uit gebruikte Li-ion-batterijen door de effectiviteit en efficiëntie van verschillende stappen in het recyclingproces te verhogen.
De processtappen van ultrasoon uitlogen van metalen en delamineren van elektroden kunnen worden aangepast aan individuele recyclingprocessen, die kunnen variëren naarmate bedrijven die gespecialiseerd zijn in het recyclen van Li-ion-batterijen hun processen ontwikkelen en aanpassen om de hoogste efficiëntie te bereiken.

Ultrasone cavitatie voor kathodescheiding

Ultrasoontechniek scheidt kathodemateriaal van aluminiumfolie door de effecten van akoestische cavitatie. Akoestische of ultrasone cavitatie wordt bepaald door plaatselijk optredende hoge drukken, hoge temperaturen en hun daaropvolgende dalingen die resulteren in respectieve druk- en temperatuurverschillen evenals intense microturbulenties en microjets met hoge afschuiving. Deze cavitatiekrachten beïnvloeden oppervlaktegrenzen, bevorderen de massaoverdracht en veroorzaken erosie. Door dergelijke intense krachten van chemische, fysische, thermische en mechanische aard op te wekken, creëert ultrasone cavitatie de vereiste agitatie en massaoverdracht om de organische bindmiddelstructuur te doorbreken die in lithium-ionbatterijen wordt gebruikt om de kathode aan de collector/aluminiumfolie te bevestigen.
Terwijl mechanische agitatie zoals roeren alleen onvoldoende is om het kathodemateriaal effectief los te maken van de aluminiumfolie, levert ultrasone trillingen met hoge intensiteit de vereiste sonochemische en sonomechanische energie om het kathodemateriaal volledig van de collectoren te verwijderen. In tegenstelling tot mechanisch roeren, genereert ultrasone cavitatie intense turbulenties, plaatselijk hoge temperaturen en drukken evenals agitatie, stroming en vloeistofstralen, die het bindmiddel, bijv. PVDF of PTFE, dat de kathode met de Al-folie verbindt, opbreken en het oppervlak van zowel de kathode als de Al-folie eroderen. Hierdoor wordt het bindmiddel tussen beide materialen goed afgebroken en worden kathode en aluminiumfolie effectief van elkaar gescheiden.
Zo resulteert ultrasone scheiding in een hoge efficiëntie van 99% kathodeverwijdering met N-methyl-2-pyrrolidon (NMP) als oplosmiddel bij 70°C (240 W ultrasoon vermogen en 90 minuten ultrasone verwerkingstijd). Aangezien ultrasone kathodeafscheiding het materiaal gelijkmatig verspreidt en grotere agglomeraten voorkomt, wordt het daaropvolgende uitloogproces van metalen vergemakkelijkt.
Lees meer over ultrasone elektrode delaminatie om actieve materialen en stroomcollector folies terug te winnen!

Ultrasoon uitlogen van mineralen

De hierboven beschreven ultrasone cavitatie-effecten bevorderen ook het uitlogen van metalen uit gebruikte batterijen. Ultrasoon geluid met hoge intensiteit wordt niet alleen gebruikt om mineralen terug te winnen bij het recyclen van batterijen, maar wordt ook vaak gebruikt in hydrometallurgie en het uitlogen van kostbare ertsen (bijv. mijnafval). De hoge plaatselijke temperaturen, drukken en schuifkrachten intensiveren het uitlogen van metalen en verhogen de efficiëntie van het uitlogen aanzienlijk. Terwijl in de cavitatie-hotspots plaatselijk zeer extreme temperaturen tot 1000 K voorkomen, vereisen de algehele uitlogingsomstandigheden slechts een milde temperatuur van ongeveer 50-60 °C. Dit maakt de ultrasone metaalterugwinning energiezuinig en economisch.
Ultrasoon uitlogen van mineralen uit gebruikte Li-ion-batterijen wordt gekenmerkt door hoge terugwinningspercentages en efficiëntie. Zo werd zwavelzuur (H2SO4) met succes gebruikt als uitloogmiddel in aanwezigheid van waterstofperoxide (H2O2) tijdens het ultrasoon terugwinnen van mineralen uit de kathode. Ultrasoon uitlogen met zwavelzuur resulteerde in terugwinningspercentages van respectievelijk 94,63% voor kobalt en 98,62% voor lithium.
Ultrasoon uitlogen met organisch citroenzuur (C6H8O7-H2O) resulteert in zeer hoge terugwinningen van koper en lithium, waarbij 96% koper en bijna 100% lithium uit de gebruikte Li-ion-batterijen wordt verkregen.

Eenvoudig en veilig: Ultrasone opschaling van haalbaarheidstests tot industriële recycling

Krachtige ultrasone apparatuur voor de recycling van Li-ion-batterijen is direct beschikbaar voor laboratorium-, pilot- en industriële installatie. Aangezien ultrasone kathodescheiding en ultrasone uitloging van mineralen uit gebruikte batterijen al gevestigde processen zijn, verloopt het proces vanaf de eerste tests tot de optimalisatie voor uw specifieke procesvereisten en installatie van een volledig industrieel ultrasoon scheidings- en/of uitlogingssysteem snel en eenvoudig.
Lees meer over de voordelen van ultrasoon logen voor duurzame batterijrecycling en urban mining!

Hoogwaardige ultrasone apparaten voor batterijrecycling

Hielscher Ultrasonics levert hoogwaardige ultrasoonmachines in elke maat en met elke capaciteit. Met de UIP16000 (16kW) produceert Hielscher de krachtigste ultrasoonprocessor ter wereld. De UIP16000 en alle andere industriële ultrasone systemen kunnen eenvoudig worden geclusterd tot de gewenste verwerkingscapaciteit. Alle Hielscher ultrasoonmachines zijn gebouwd voor 24/7 werking onder volle belasting en in veeleisende omgevingen.
Hielscher Ultrasonics’ Industriële ultrasone processors kunnen zeer hoge amplitudes leveren. Amplituden tot 200 µm kunnen gemakkelijk continu worden gebruikt in een 24/7 bedrijf. Voor nog hogere amplitudes zijn op maat gemaakte ultrasone sonotrodes verkrijgbaar.

Ultrasone sondes en sonoreactoren voor elk volume

Het productassortiment van Hielscher Ultrasonics omvat het volledige spectrum van ultrasoonprocessoren, van compacte laboratorium-ultrasone apparaten via bench-top en pilot-systemen tot volledig industriële ultrasoonprocessoren met de capaciteit om vrachtwagenladingen per uur te verwerken. Het volledige productassortiment stelt ons in staat om u de meest geschikte ultrasoonapparatuur te bieden voor uw toepassing, procescapaciteit en productiedoelen.

Nauwkeurig regelbare amplitudes voor optimale resultaten

Alle Hielscher ultrasoonprocessoren zijn nauwkeurig regelbare en daardoor betrouwbare werkpaarden in R&D en productie. De amplitude is een van de cruciale procesparameters die de efficiëntie en effectiviteit van sonochemisch en sonomechanisch geïnduceerde reacties beïnvloeden. Alle Hielscher Ultrasone systemen’ Met processors kan de amplitude nauwkeurig worden ingesteld. Sonotrodes en boosterhoorns zijn accessoires waarmee de amplitude in een nog breder bereik kan worden aangepast. De industriële ultrasoonprocessoren van Hielscher kunnen zeer hoge amplitudes leveren en de vereiste ultrasone intensiteit leveren voor veeleisende toepassingen. Amplituden tot 200 µm kunnen gemakkelijk continu worden gebruikt in een 24/7 bedrijf.
Dankzij nauwkeurige amplitude-instellingen en de permanente bewaking van de ultrasone procesparameters via slimme software kunt u de kathode van de aluminiumfolie scheiden en mineralen en metalen uit gebruikte Li-ion-batterijen logen onder de meest effectieve ultrasone omstandigheden. Optimale sonicatie voor de meest efficiënte recycling van Li-ion-batterijen!
De robuustheid van Hielscher ultrasone machines maakt het mogelijk om 24/7 te werken onder zware omstandigheden en in veeleisende omgevingen. Hierdoor zijn Hielscher ultrasonators een betrouwbaar werkinstrument dat voldoet aan de eisen van uw recyclingproces.

Hoogste kwaliteit – Ontworpen en geproduceerd in Duitsland

Als familiebedrijf geeft Hielscher de hoogste kwaliteitsnormen voor zijn ultrasoonprocessoren. Alle ultrasoonapparaten worden ontworpen, geproduceerd en grondig getest in ons hoofdkantoor in Teltow bij Berlijn, Duitsland. De robuustheid en betrouwbaarheid van Hielscher's ultrasoonapparatuur maken het tot een werkpaard in uw productie. 24/7 werking onder volle belasting en in veeleisende omgevingen is een natuurlijke eigenschap van Hielscher's hoogwaardige ultrasoonsondes en reactoren.

De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines:

Wetenswaardigheden

Wat zijn lithium-ionbatterijen?

Een lithium-ion batterij, ook Li-ion batterij, is een type oplaadbare batterij. Vergeleken met lood- en nikkelbatterijen gebruiken lithium-ionapparaten een kathode, een anode en elektrolyt als geleider.
Zoals alle batterijen slaan Li-ion-batterijen chemische energie op, die vervolgens wordt omgezet in elektrische energie om een statische elektrische lading voor stroom te leveren.
Lithium-ion batterijen worden vaak gebruikt voor draagbare elektronica zoals laptops, smartphones en elektrische voertuigen. De toepassing van Li-ion-batterijen wekt ook steeds meer interesse op van militaire en ruimtevaartbedrijven.