Hielscher ultralydteknologi

Ultralyd for gjenvinning av litiumionbatterier

  • Litiumionbatterier som brukes i elbiler, kommer nå til massemarkedet, og med det må resirkuleringskapasiteten bli utviklet.
  • Ultralydutvaskning er en effektiv, miljøvennlig teknikk for å gjenvinne metaller som Li, Mg, Co, Ni etc. fra brukte Li-ion-batterier.
  • Hielschers industrielle ultralydssystemer for utvaskingsapplikasjoner er pålitelige og robuste og kan enkelt integreres i eksisterende resirkuleringsanlegg.

Gjenvinning av litiumionbatterier

Lithium-ion-batterier er mye brukt i elektriske kjøretøyer (EV), bærbare datamaskiner og mobiltelefoner. Dette betyr at brukte litium-ion-batterier er en aktuell utfordring vedrørende avfallshåndtering og resirkulering. Batteriene er en stor kostnads driver for EV ' r, og deres disposisjon er også dyrt. Miljømessige og økonomiske aspekter push for en lukket resirkulering loop siden batteriet avfall inneholder verdifulle materialer og bidrar til å redusere karbonutslipp av produksjon Lithium-ion-batterier.
Gjenvinning av Li-ion-batterier vokser til en blomstrende industrisektor for å sikre fremtidig tilgjengelighet av sjeldne metaller og andre batterikomponenter og for å redusere miljøkostnadene ved gruvedrift.

Industriell ultralyd utvasking

Ultralydutvasking og metallutvinning kan brukes på resirkuleringsprosesser av litium koboltoksidbatterier (f.eks. Fra bærbare datamaskiner, smarttelefoner, etc.) samt komplekse litiumnikkel-mangan-koboltbatterier (f.eks. Fra elektriske kjøretøyer).
Cavitation produced by Hielscher's UIP1000hdT with cascatrode Ultralyd med høy effekt er velkjent for sin evne til å behandle kjemiske væsker og oppslemminger for å forbedre massoverføringen og initiere kjemiske reaksjoner.
De intense effektene av makt ultralyd er basert på fenomenet akustisk kavitasjon. Ved å kopiere høy effekt ultralyd til væsker / oppslemming, genererer de vekslende lavtrykks- og høytrykksbølgene i væsker små vakuumbobler. De små vakuumhullene vokser over forskjellige lavtrykks- / høytrykkssykluser inntil implodere voldsomt. De kollapsende vakuumboblene kan betraktes som mikroreaktorer der temperaturer på opp til 5000K, trykk på opptil 1000atm og oppvarming og kjøling over 10-10 skje. Videre genereres sterke hydrodynamiske skjærkrafter og væskestråler med opptil 280m / s hastighet. Disse ekstreme forholdene for akustisk kavitasjon skaper ekstraordinære fysiske og kjemiske forhold i ellers kalde væsker og skaper et gunstig miljø for kjemiske reaksjoner (sonochemistry).

Hielscher's ultrasonicators are reliable and robust systems for the leaching of metals.

48kW ultralydsprosessor
for krevende anvendelser som utvasking av metaller

Informasjonsforespørsel




Merk våre Personvernregler.


Ultralydlakking i gjenvinning av brukt Li-Ion-batterier. (Klikk for å forstørre!)

Ultralydutvasking av metaller fra uttømt batteriavfall.

Ultrasonisk generert kavitasjon kan indusere termolyse av oppløsninger, samt dannelse av sterkt reaktive radikaler og reagenser, slik som frie radikaler, hydroksidioner (• OH) hydronium (H3O +) etc., som gir ekstraordinære reaktive betingelser i væsken, slik at reaksjonshastigheten økes betydelig. Faste stoffer som partikler akselereres av væskestrålene og blir malt ved inter-kollisjon og kollisjon som øker det aktive overflatearealet og derved masseoverføring.
Den store fordelen med ultralydutvasking og gjenvinning av metall er den presise kontrollen over prosessparametrene som amplitude, trykk og temperatur. Disse parametrene tillater å justere reaksjonsbetingelsene nøyaktig til prosessmediet og målrettet utgang. Videre fjerner ultralydlakking selv de minste metallpartiklene fra substratet, samtidig som mikrostrukturer opprettholdes. Den forbedrede metallutvinningen skyldes ultralydopprettelse av svært reaktive overflater, økte reaksjonshastigheter og forbedret massetransport. Sonikasjonsprosesser kan optimaliseres ved å påvirke hver parameter og er derfor ikke bare veldig effektive, men også svært energieffektive.
Den nøyaktige parameterkontrollen og energieffektiviteten gjør ultralydslakking den gunstige og utmerkede teknikken – spesielt sammenlignet med kompliserte syreutvasknings- og chelatorteknikker.

Ultralyd Recovery av LiCoO2 fra brukt litium-ion batterier

Ultrasonication hjelper den reduktive lekkingen og kjemisk nedbør, som brukes til å gjenvinne Li as Li2CO3 og Co som Co (OH)2 fra avfallslithium-ion-batterier.
Zhang et al. (2014) rapporterer om vellykket gjenoppretting av LiCoO2 ved hjelp av en ultralydreaktor. For å klargjøre startløsningen på 600 ml, plasserte de 10 g ugyldig LiCoO2 pulver i et beger og tilsatt 2,0 mol / l LiOH-løsning, som ble blandet.
Blandingen ble hellet i ultralydbestråling og omrøringsanordningen startet, omrøringsanordningen ble plassert i det indre av reaksjonsbeholderen. Det ble oppvarmet til 120◦C, og deretter Ultralydsenhet ble satt til 800 W, og ultralydsmodusen ble satt til pulserende driftssykluser på 5 sek. ON / 2sec. AV. Ultralydbestrålingen ble påført i 6 timer, og deretter ble reaksjonsblandingen avkjølt til romtemperatur. Den faste resten ble vasket flere ganger med deionisert vann og tørket ved 80 ° C til konstant vekt. Den oppnådde prøve ble samlet for etterfølgende testing og batteriproduksjon. Ladningskapasiteten i første syklus er 134,2mAh / g og utslippskapasiteten er 133,5mAh / g. Første gangs ladning og utslippseffektivitet var 99,5%. Etter 40 sykluser er utladningskapasiteten fortsatt 132,9mAh / g. (Zhang et al., 2014)

Ultrasonisk gjenvunnet LiCo02 krystaller. (Klikk for å forstørre!)

Brukt LiCoO2 krystaller før (a) og etter (b) ultralydbehandling ved 120◦C i 6 timer. kilde: Zhang et al. 2014

Ultralydutvasking med organiske syrer som sitronsyre er ikke bare effektiv, men også miljøvennlig. Forskning fant at utlakningen av Co og Li er mer effektiv med sitronsyre enn med de uorganiske syrer H24 og HCI. Mer enn 96% Co og nesten 100% Li ble gjenvunnet fra brukte lithium-ion-batterier. Det faktum at organiske syrer som sitronsyre og eddiksyre er billige og biologisk nedbrytbare, bidrar til ytterligere økonomiske og miljømessige fordeler ved sonikering.

High Power Industrial Ultrasonics

UIP4000hdT - Hielscher's 4kW high-performance ultrasonic system Hielscher Ultrasonics er din erfarne leverandør for høyeffektive og pålitelige ultralydsystemer, som gir den nødvendige kraften til å utlekke metaller fra avfall. For å reprodusere li-ion batterier ved å trekke ut metaller som kobolt, litium, nikkel og mangan, er kraftige og robuste ultralydsystemer avgjørende. Hielscher Ultrasonics’ industrielle enheter som UIP4000hdT (4kW), UIP10000 (10kW) og UIP16000 (16kW) er de mest kraftige og robuste høyytelses ultralydssystemene på markedet. Alle våre industrielle enheter kan kontinuerlig kjøre med svært høy amplituder på opptil 200 μm i 24/7 drift. For enda høyere amplituder er tilpassede ultralydsonotroder tilgjengelige. Høyscherens ultralydutstyrs robusthet gjør det mulig å operere døgnet rundt i tunge og krevende omgivelser. Hielscher leverer spesielle sonotroder og reaktorer for høye temperaturer, trykk og korrosive væsker også. Dette gjør våre industrielle ultralydmaskiner mest egnet for ekstraktiv metallurgi teknikker, for eksempel hydrometallurgiske behandlinger.

Tabellen under gir deg en indikasjon på den omtrentlige prosesseringskapasiteten til våre ultralydapparater:

Batchvolum Strømningshastighet Anbefalte enheter
0.1 til 20L 0.2 til 4l / min UIP2000hdT
10 til 100 liter 2 til 10 l / min UIP4000
na 10 til 100 l / min UIP16000
na større klynge av UIP16000

Kontakt oss! / Spør oss!

Vennligst bruk skjemaet nedenfor hvis du ønsker å be om ytterligere informasjon om ultralyd homogenisering. Vi vil gjerne tilby deg en ultralyd system møte dine behov.









Vær oppmerksom på at Personvernregler.


Litteratur / Referanser

  • Golmohammadzadeh R., Rashchi F., Vahidi E. (2017): Gjenoppretting av litium og kobolt fra brukte litiumionbatterier ved bruk av organiske syrer: Prosessoptimalisering og kinetiske aspekter. Avfallshåndtering 64, 2017. 244-254.
  • Shin S.-M .; Lee D.-W .; Wang J.-P. (2018): Fremstilling av nikkel nanosert pulver fra LiNiO2 fra brukt lithium-ion batteri. Metaller 8, 2018.
  • Zhang Z., Han W., Li G., Xia J., Hu H., Huang J. (2014): Ultralyd-assistert hydrotermisk renovasjon av LiCoO2 fra katoden av brukt litiumionbatterier. Int. J. Electrochem. Sci., 9 (2014). 3691-3700.
  • Zhang Z., Han W., Li G., Xia J., Hu H., Huang J., Shengbo Z. (2014): Utvinning av litium koboltoksidmateriale fra katoden av brukt litium-ionbatterier. ECS Electrochemistry Letters, 3 (6), 2014. A58-A61.


Fakta Verdt å vite

Litium-ion batterier

Lithium-ion-batterier (LIB) er den kollektive termen for (oppladbare) batterier som tilbyr høy energidensitet og er ofte integrert i forbrukerelektronikk som elektroniske biler, hybridbiler, bærbare datamaskiner, mobiltelefoner, iPods, etc. I sammenligning med Andre varianter av oppladbare batterier med tilsvarende størrelse og kapasitet, LIB er betydelig lettere.
I motsetning til det brukbare litium-primære batteriet, bruker en LIB interkalert litiumforbindelse i stedet for metallisk litium som sin elektrode. De viktigste bestanddelene av et litiumionbatteri er dets elektroder – anode og katode – og elektrolytten.
De fleste celler deler felles komponenter når det gjelder elektrolytt, separator, folier og omslag. Den store forskjellen mellom celleteknologi er materialet som brukes som “aktive materialer” slik som katode og anode. Grafitt er det mest brukte materialet som anode, mens katoden er laget av lagdelt LiMO2 (M = Mn, Co og Ni), spinel LiMn2O4, eller olivin LiFePO4. Den elektrolytiske organiske væskeelektrolytten (f.eks. LiPF6-salt oppløst i en blanding av organiske løsemidler, så som etylenkarbonat (EC), dimetylkarbonat (DMC), dietylkarbonat (DEC), etylmetylkarbonat (EMC) etc.) ionisk bevegelse.
Avhengig av de positive (katode) og negative (anode) elektrodematerialene varierer energidensiteten og spenningen av LIB'er henholdsvis.
Når det brukes i elektriske kjøretøy, brukes ofte elektrisk bilbatteri (EVB) eller trekkbatteri. Slike trekkbatterier brukes i gaffeltrucker, elektriske golfbiler, gulvskrubber, elektriske motorsykler, elektriske biler, lastebiler, varebiler og andre elektriske kjøretøyer.

Metal gjenvinning fra brukt Li-Ion batterier

I forhold til andre typer batterier som ofte inneholder bly eller kadmium, inneholder Li-ion-batterier mindre giftige metaller og anses derfor å være miljøvennlige. Imidlertid vil den enorme mengden brukte Li-ion-batterier, som må kastes som brukte batterier fra elektriske biler, presentere et avfallsproblem. Derfor er det nødvendig med en lukket resirkuleringssløyfe med Li-ion-batterier. Fra et økonomisk synspunkt kan metallelementer som jern, kobber, nikkel, kobolt og litium gjenvinnes og gjenbrukes ved produksjon av nye batterier. Gjenvinning kan også forhindre en fremtidig mangel.
Selv om batterier med høyere nikkelbelastninger kommer inn på markedet, er det ikke mulig å produsere batterier uten kobolt. Jo høyere nikkelinnhold kommer til en pris: Med et økt nikkelinnhold reduseres stabiliteten til batteriet, og dermed reduseres syklustiden og muligheten for rask lading.

Økende etterspørsel etter Li-ion-batterier. Kilde: Deutsche Bank

Økende etterspørsel etter Li-ion-batterier ber om økt resirkuleringskapasitet for avfallsprodukter.

Resirkuleringsprosess

Batterier av elektriske kjøretøyer som Tesla Roadster har en omtrentlig levetid på 10 år.
Gjenvinning av utmattede Li-ion-batterier er en krevende prosess, da høyspenning og farlige kjemikalier er involvert, noe som medfører fare for termisk rush, elektrisk støt og utslipp av farlige stoffer.
For å etablere en tilbakekobling av lukket sløyfe, må hver kjemisk binding og alle elementer skilles i deres individuelle fraksjoner. Imidlertid er energien som kreves for en slik gjenvinning av lukket sløyfe veldig dyrt. De mest verdifulle materialene til gjenvinning er metaller som Ni, Co, Cu, Li, etc. Siden dyrt gruvedrift og høye markedspriser på metallkomponenter gjør resirkuleringen økonomisk attraktiv.
Resirkuleringsprosessen av Li-ion-batterier begynner med demontering og utladning av batteriene. Før du åpner batteriet, er det nødvendig med en passivering for å deaktivere kjemikaliene i batteriet. Passivasjon kan oppnås ved kryogen frysing eller kontrollert oksidasjon. Avhengig av batteristørrelsen, kan batteriene demonteres og demonteres ned til cellen. Etter demontering og knusing isoleres komponentene ved flere metoder (f.eks. Screening, sikting, håndplukking, magnetisk, våt og ballistisk separasjon) for å fjerne cellehylster, aluminium, kobber og plast fra elektrodpulveret. Separasjonen av elektrodmaterialene er nødvendig for nedstrøms prosesser, f.eks. Hydrometallurgisk behandling.
Pyrolyse
For pyrolytisk prosessering smelter riflede batterier i en ovn hvor kalkstein tilsettes som slaggdannende middel.

Hydrotermiske prosesser
Hydrometallurgisk behandling er basert på syrereaksjoner for å utfelle saltene som metaller. Typiske hydrometallurgiske prosesser inkluderer utluting, utfelling, ionbytter, løsningsmiddelekstraksjon og elektrolyse av vandige løsninger.
Fordelen ved hydrotermisk behandling er det høye utvinningsutbyttet på + 95% Ni og Co som salter, + 90% Li kan utfelles, og resten kan gjenvinnes opp til + 80%.

Spesielt kobolt er en kritisk komponent i litium-ion batteri katodene for høy energi og kraft applikasjoner.
Nåværende hybridbiler som Toyota Prius, bruker nikkelmetallhydridbatterier, som demonteres, tømmes og resirkuleres på samme måte som Li-ion-batterier.

Hielscher Ultrasonics produserer høyytelses ultralydsapparater.

Kraftig lydbehandling fra lab og benk til industriell produksjon.