Ultrasonica maakt het recyclen van lithium-ionenbatterijen 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 in de recycling van Li-ionbatterijen, maar ook andere mineralen en metalen zoals kobalt, mangaan, nikkel, koper en aluminium zijn waardevolle metalen voor terugwinning. Ultrasone ultrasoonbehandeling met hoge intensiteit wordt gebruikt als een techniek 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: Het Li-Ion-Batterij Recyclingproces

De recyclingprocessen kunnen variëren naarmate bedrijven die gespecialiseerd zijn in het recyclen van Li-ion-batterijen hun processen ontwikkelen en aanpassen aan de hoogste efficiëntie. Om waardevolle materialen zoals lithium uit de batterijen terug te winnen, zijn echter de volgende stappen nodig:
Eerst wordt het plastic deksel van de batterij afgebroken en verwijderd. Daarna wordt de naakte accu in vloeibare stikstof gestopt om reactieve, explosieve stoffen te neutraliseren. Deze stap zorgt ervoor dat het plotseling vrijkomen van alle opgeslagen energie en de daarop volgende ontsteking en explosie worden voorkomen.
Na deze voorbereidende stappen wordt de batterij op een draaibank geplaatst, waar de batterij met een zaag wordt geopend, zodat de buitenste schil kan worden verwijderd. Tot in de kern van de batterij worden de kathode, de anode en de separator eruit gehaald en in een oven geplaatst, waar ze gedurende 24 uur bij ca. 60-120°C worden gedroogd. Vóór de metaal-extractiebehandeling moeten de geïsoleerde elektroden, d.w.z. de kathode en de anode, verder worden gedemonteerd. Aangezien het kathodemateriaal over het algemeen door een bindmiddel, meestal polyvinylideenfluoride (PVDF) of polytetrafluorethyleen (PTFE), aan aluminiumfolie wordt gehecht, is het een moeilijke taak om de kathode en de aluminiumfolie van elkaar te verwijderen. Om het kathodemateriaal goed te scheiden van de folie is de ultrasone scheiding een zeer efficiënte, snelle en economische behandeling gebleken. Maar de ultrasone procesintensivering houdt hier niet op. Ultrasone uitloging van metalen en mineralen zoals kobalt, mangaan, nikkel, koper en aluminium bevordert de metaalextractie en verhoogt de opbrengst van teruggewonnen metalen.

Ultrasone Cavitatie voor Kathodescheiding

Ultrasonicatie scheidt kathodematerialen van aluminiumfolie door de effecten van akoestische cavitatie. Akoestische of ultrasone cavitatie wordt bepaald door plaatselijk optredende hoge drukken, hoge temperaturen en de daaruit voortvloeiende druk- en temperatuurverschillen, alsmede door intense micro-turbulenties en hoog-afschuivende microstralen. Deze cavitatiekrachten beïnvloeden de oppervlaktegrenzen, bevorderen de massatransfer en veroorzaken erosie. Het genereren van dergelijke intense krachten van chemische, fysieke, thermische en mechanische aard, ultrasone cavitatie leidt tot de vereiste agitatie en massa-overdracht om de organische bindmiddelstructuur te breken die in lithium-ionbatterijen wordt gebruikt om de kathode aan de collector/aluminiumfolie te fixeren.
Terwijl de mechanische agitatie zoals het bewegen alleen ontoereikend is om het kathodemateriaal effectief van de aluminiumfolie los te maken, verstrekt de ultrasone energie met hoge intensiteit de vereiste sonochemische en sonomechanische energie om het kathodemateriaal volledig uit de collectoren te verwijderen. In tegenstelling tot mechanisch roeren genereert ultrasone cavitatie intense turbulenties, plaatselijk hoge temperaturen en drukken en agitatie, stromende en vloeibare stralen, die het bindmiddel verbreken, bijvoorbeeld PVDF of PTFE, die de kathode met de aluminiumfolie verbinden en het oppervlak van beide, de kathode en de aluminiumfolie, eroderen. Hierdoor wordt het bindmiddel tussen beide materialen op de juiste wijze vernietigd en worden de kathode en de aluminiumfolie effectief gescheiden.
Zo resulteert de ultrasone scheiding in een hoog rendement van de kathodeverwijdering van 99% met behulp van N-methyl-2-pyrrolidon (NMP) als oplosmiddel bij 70°C (240 W ultrasoon vermogen, en 90 min ultrasone verwerkingstijd). Aangezien de ultrasone kathodeverwijdering het materiaal gelijkmatig verspreidt en grotere agglomeraten voorkomt, wordt het daaropvolgende uitloogproces van het metaal 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. Ultrasoonbehandeling met hoge intensiteit wordt niet alleen gebruikt om mineralen terug te winnen bij het recyclen van batterijen, maar wordt ook vaak toegepast in de hydrometallurgie en het uitlogen van kostbare ertsen (bv. mijnbouwresiduen). De hoge plaatselijke temperaturen, drukken en schuifkrachten intensiveren de uitloging van het metaal en verhogen de uitlogingsefficiëntie aanzienlijk. Terwijl in de cavitatie-hotspots plaatselijk zeer extreme temperaturen tot 1000 K voorkomen, is voor de algemene uitlogingsomstandigheden slechts een milde temperatuur van ongeveer 50-60°C vereist. Dit maakt de ultrasone metaalterugwinning energie-efficiënt en economisch.
Ultrasone uitloging van mineralen uit gebruikte Li-ion-batterijen wordt gekenmerkt door een hoge terugwinningsgraad en efficiëntie. Zo werd bijvoorbeeld zwavelzuur (H2SO4) met succes gebruikt als uitlogingsmiddel in de aanwezigheid van waterstofperoxide (H2O2) tijdens de ultrasone mineraalterugwinning uit de kathode. De ultrasone uitloging met zwavelzuur resulteerde in een terugwinningspercentage van 94,63% voor respectievelijk kobalt en 98,62% voor lithium.
Ultrasone uitloging met organisch citroenzuur (C6H8O7-H2O) resulteert in een zeer hoge terugwinning van koper en lithium, waarbij 96% koper en bijna 100% lithium uit de gebruikte Li-ionbatterijen wordt verkregen.

Eenvoudig en veilig: Ultrasone schaalvergroting van haalbaarheidstesten tot industriële recycling

Hoogwaardige ultrasone apparatuur voor het recyclen van Li-ionbatterijen is direct beschikbaar voor bench-top, pilot- en industriële installaties. Aangezien ultrasone kathode-scheiding en ultrasone uitloging van mineralen uit gebruikte batterijen al gevestigde processen zijn, is het proces vanaf de eerste proeven, de optimalisatie naar uw specifieke procesvereisten en de installatie van een volledig industrieel ultrasoon scheidings- en/of uitlogingssysteem snel en eenvoudig.

Hoogwaardige ultrasonicatoren voor batterijrecycling

Hielscher Ultrasonics levert ultrasone ultrasoonsystemen met hoge prestaties op elke gewenste grootte en capaciteit. Met de UIP16000 (16kW) produceert Hielscher de krachtigste ultrasone processor ter wereld. De UIP16000 en alle andere industriële ultrasoonsystemen kunnen eenvoudig worden geclusterd tot de gewenste verwerkingscapaciteit. Alle Hielscher ultrasoonsystemen zijn gebouwd voor 24 uur per dag, 7 dagen per week, onder volle belasting en in veeleisende omgevingen.
Hielscher Ultrasonics’ industriële ultrasone processoren kunnen zeer hoge amplitudes leveren. Amplituden tot 200µm kunnen gemakkelijk continu worden uitgevoerd in 24 uur per dag, 7 dagen per week. Voor nog hogere amplitudes zijn aangepaste ultrasone sonotrodes beschikbaar.

Ultrasone sondes en Sono-Reactors voor elk volume

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

Precies beheersbare amplitudes voor optimale resultaten

Alle Hielscher ultrasoonprocessoren zijn nauwkeurig regelbaar en daarmee betrouwbaar werkpaard in R&D en productie. De amplitude is een van de cruciale procesparameters die de efficiëntie en effectiviteit van sonochemische en sonomechanische geïnduceerde reacties beïnvloeden. Alle Hielscher Ultrasonics’ processoren maken het mogelijk om de amplitude nauwkeurig in te stellen. Sonotrodes en boosterhoorns zijn accessoires die het mogelijk maken om de amplitude in een nog groter bereik te wijzigen. Hielscher's industriële ultrasone processoren kunnen zeer hoge amplitudes leveren en de vereiste ultrasone intensiteit voor veeleisende toepassingen. Amplituden tot 200µm kunnen eenvoudig continu worden uitgevoerd in 24 uur per dag, 7 dagen per week.
Nauwkeurige amplitude-instellingen en de permanente bewaking van de ultrasone procesparameters via slimme software geven u de mogelijkheid om de kathode van de aluminiumfolie te scheiden en om mineralen en metalen uit gebruikte Li-ion-batterijen te logen onder de meest effectieve ultrasone omstandigheden. Optimale sonicatie voor de meest efficiënte recycling van Li-ionbatterijen!
De robuustheid van Hielscher's ultrasone apparatuur maakt het mogelijk om 24 uur per dag en 7 dagen per week te werken in zware omstandigheden. Dit maakt de ultrasoon apparatuur van Hielscher tot een betrouwbaar werkinstrument dat voldoet aan uw eisen van het recyclingproces.

Hoogste kwaliteit – Ontworpen en geproduceerd in Duitsland

Als familiebedrijf en familiebedrijf stelt Hielscher de hoogste kwaliteitseisen aan zijn ultrasone processoren. Alle ultrasone processoren worden ontworpen, gefabriceerd en grondig getest in ons hoofdkantoor in Teltow bij Berlijn, Duitsland. Robuustheid en betrouwbaarheid van Hielscher's ultrasoon apparatuur maken het een werkpaard in uw productie. 24 uur per dag, 7 dagen per week, onder volle belasting en in veeleisende omgevingen is een natuurlijk kenmerk van Hielscher's hoogwaardige ultrasone sondes en reactoren.

Onderstaande tabel geeft een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasonicators: