Recykling elektrod – Wysoka skuteczność w przypadku delaminacji ultradźwiękowej

Ultradźwiękowe rozwarstwianie elektrod pozwala w ciągu kilku sekund odzyskać materiały aktywne, takie jak lit, nikiel, mangan, kobalt itp. W ten sposób ultradźwiękowe rozwarstwianie elektrod sprawia, że odzyskiwanie materiałów nadających się do ponownego wykorzystania z baterii jest szybsze, ekologiczne i znacznie mniej energochłonne. Badania dowiodły już, że rozwarstwianie ultradźwiękowe może być 100 razy szybsze niż konwencjonalne techniki recyklingu.

Ultradźwięki o dużej mocy poprawiają odzyskiwanie materiałów aktywnych z elektrod

Ultradźwiękowo wspomagane rozwarstwianie elektrod umożliwia szybkie, wydajne i trwałe odzyskiwanie materiałów aktywnych i folii. Te części elektrody są cennymi materiałami, które mogą być ponownie wykorzystane do produkcji nowych baterii. Ultradźwiękowe rozwarstwianie jest nie tylko znacznie bardziej energooszczędne niż hydrometalurgiczne i pirometalurgiczne procesy recyklingu, ale także pozwala uzyskać materiały o wyższej czystości.

Zalety metody ultradźwiękowej delaminacji elektrod

  • Szybkie (wykonywane w ciągu kilku sekund)
  • Łatwa do wdrożenia strona
  • Możliwość dostosowania do rozmiarów elektrod
  • Przyjazny dla środowiska
  • Ekonomiczny
  • bezpieczny
"Ultradźwiękowiec

Ultradźwiękowe usuwanie rozwarstwienia elektrody w procesie recyklingu baterii

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


Fale ultradźwiękowe o dużej mocy są wykorzystywane do odzyskiwania materiałów aktywnych z elektrod baterii. Dzięki ultradźwiękowemu rozwarstwianiu elektrod odzyskiwanie materiałów nadających się do ponownego wykorzystania z akumulatorów jest szybsze, ekologiczne i znacznie mniej energochłonne.

Procesor ultradźwiękowy z sonotrodą do rozwarstwiania elektrod. Dzięki ultradźwiękowemu rozwarstwianiu elektrod odzyskiwanie materiałów nadających się do ponownego wykorzystania z baterii jest szybsze, bardziej ekologiczne i znacznie mniej energochłonne.

Recykling baterii: Oddzielanie i rozwarstwianie elektrod

Recykling baterii litowo-jonowych (LIB) ma na celu odzyskanie cennych materiałów. Elektrody zawierają cenne i rzadkie materiały, takie jak lit, nikiel, mangan, kobalt itp., które można skutecznie odzyskiwać w ciągłym procesie rozwarstwiania ultradźwiękowego. Procesory ultradźwiękowe wyposażone w sondę (sonotrodę) mogą wytwarzać intensywne amplitudy. Amplituda ta przenosi fale ultradźwiękowe do ośrodka ciekłego (np. kąpieli rozpuszczalnikowej), gdzie w wyniku naprzemiennych cykli wysokiego i niskiego ciśnienia powstają drobne pęcherzyki próżniowe. Te pęcherzyki próżniowe rosną przez kilka cykli, aż osiągną rozmiar, przy którym nie są w stanie absorbować dalszej energii. W tym momencie pęcherzyki gwałtownie implodują. Implozja pęcherzyków wytwarza lokalnie środowisko o dużej gęstości energetycznej, w którym występują strumienie cieczy o prędkości do 280 m/s, intensywne turbulencje, bardzo wysokie temperatury (ok. 5000 K) i ciśnienia (ok. 2000 atm) oraz odpowiednio duże różnice temperatur i ciśnień.
Zjawisko implozji pęcherzyków wywołanej ultradźwiękami znane jest jako kawitacja akustyczna. Efekt kawitacji akustycznej powoduje usunięcie warstwy kompozytowej materiału aktywnego z foliowego kolektora prądowego, który jest obustronnie pokryty warstwą kompozytową. Materiał aktywny zawiera głównie mieszaninę proszku tlenku manganu litu (LMO) i tlenku kobaltu litowo-niklowego (LiNiMnCoO2 lub NMC) oraz sadzę jako dodatek przewodzący.
Mechanizm rozwarstwiania ultradźwiękowego oparty jest na siłach fizycznych, które są w stanie rozerwać wiązania molekularne. Ze względu na intensywność mocy ultradźwięków często do usunięcia warstw materiału aktywnego z folii lub kolektora prądu wystarczają łagodniejsze rozpuszczalniki. Dzięki temu ultradźwiękowe usuwanie warstw elektrody jest szybsze, przyjazne dla środowiska i znacznie mniej energochłonne.

Ultradźwięki o wysokim natężeniu znacznie poprawiają proces rozwarstwiania elektrod i pozwalają uzyskać wysokiej jakości materiały aktywne, które można ponownie wykorzystać do produkcji nowych baterii.

Obrazy skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) przedstawiające zmiany morfologiczne materiału aktywnego elektrody po rozwarstwieniu ultradźwiękowym. Wszystkie zdjęcia wykonano przy powiększeniu 5000x i energii wzbudzenia 10 kV. a) materiał katody przed rozwarstwieniem, b) rozwarstwiony materiał aktywny katody, c) materiał anody przed rozwarstwieniem i d) rozwarstwiony materiał anody.
(opracowanie i zdjęcia: Lei et al., 2021)

Rozdrabnianie baterii a separacja elektrod

W celu odzyskania materiału aktywnego stosuje się rozpuszczalniki wodne lub organiczne, które rozpuszczają folię metalową, spoiwo polimerowe i/lub materiał aktywny. Projekt i przebieg procesu mają znaczący wpływ na końcowy rezultat odzysku materiału. Tradycyjny proces recyklingu baterii polega na rozdrabnianiu modułów baterii. Jednak rozdrobnione elementy trudno jest rozdzielić na poszczególne części. Uzyskanie aktywnego/wartościowego materiału z rozdrobnionej masy wymaga złożonego przetwarzania. Aby można było ponownie wykorzystać odzyskane materiały aktywne, konieczny jest pewien stopień czystości. Odzyskiwanie materiałów o wysokim stopniu czystości z rozdrobnionej masy akumulatorowej wymaga skomplikowanych procesów, stosowania trudnych rozpuszczalników i dlatego jest kosztowne. Ługowanie ultradźwiękowe jest z powodzeniem stosowane do intensyfikacji i poprawy wyników odzyskiwania materiałów aktywnych z rozdrobnionych baterii litowo-jonowych.
Jako proces alternatywny do tradycyjnego rozdrabniania, separacja elektrod okazała się skutecznym procesem recyklingu baterii, który może znacznie poprawić czystość uzyskanych materiałów. W procesie separacji elektrod bateria jest rozkładana na główne elementy. Ponieważ elektrody zawierają najwięcej cennych materiałów, są one oddzielane i poddawane obróbce chemicznej w celu rozpuszczenia materiałów aktywnych (litu, niklu, manganu, kobaltu...) z folii powlekanej lub kolektora prądu. Ultradźwięki są dobrze znane ze swoich intensywnych efektów spowodowanych kawitacją akustyczną. Siły sonomechaniczne powodują oscylacje i ścinanie wystarczające do usunięcia materiałów aktywnych, które są ułożone warstwowo na folii (struktura folii powlekanej jest podobna do kanapki - folia w środku, a warstwa materiału aktywnego na zewnętrznej powierzchni).
Separacja elektrod byłaby bardziej opłacalną opcją niż rozdrabnianie, gdyby była stosowana w połączeniu z autonomicznym demontażem, co pozwoliłoby na uzyskanie czystszych strumieni odpadów i zachowanie większej wartości w dostawach.

Procesor ultradźwiękowy UIP2000hdT (2000 W) do rozwarstwiania elektrod baterii. Ultradźwiękowe rozwarstwianie jest wysoce skuteczną metodą odzyskiwania materiału aktywnego.

ultrasonicator UIP2000hdT to wydajny procesor o mocy 2000 W do rozwarstwiania elektrod, dzięki któremu recykling baterii staje się szybszy, bardziej wydajny i przyjazny dla środowiska.

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


Sonotrody ultradźwiękowe do badania rozwarstwienia elektrody

Łatwo dostępne są specjalne sonotrody zapewniające amplitudę wymaganą do usunięcia materiałów aktywnych z folii elektrody. Ponieważ intensywność kawitacji akustycznej maleje wraz ze wzrostem odległości pomiędzy sonotrodą a elektrodą, korzystne jest utrzymywanie stałej, jednakowej odległości pomiędzy sonotrodą a elektrodą. Oznacza to, że arkusz elektrody powinien być umieszczony blisko końcówki sonotrody, gdzie fale ciśnienia są silne, a gęstość kawitacji wysoka. Dzięki specjalnym sonotrodom o większej szerokości niż standardowa cylindryczna sonda ultradźwiękowa, firma Hielscher Ultrasonics oferuje skuteczne rozwiązanie do równomiernego rozwarstwiania blach elektrod w pojazdach elektrycznych. Na przykład elektrody stosowane w akumulatorach pojazdów elektrycznych (EV) mają zwykle szerokość ok. 20 cm. Sonotroda o takiej samej szerokości równomiernie przenosi kawitację akustyczną na całą powierzchnię elektrody. W ten sposób w ciągu kilku sekund warstwy materiału aktywnego są uwalniane do rozpuszczalnika i mogą być ekstrahowane i oczyszczane do postaci proszku. Proszek ten może być ponownie wykorzystany do produkcji nowych baterii.
Zespół badawczy z brytyjskiego Faraday Institution donosi, że usuwanie warstw materiału aktywnego z elektrody LIB można zakończyć w czasie krótszym niż 10 s, gdy elektroda znajduje się bezpośrednio pod sonotrodą o dużej mocy (1000 do 2000 W, np. UIP1000hdT lub UIP2000hdT). Podczas obróbki ultradźwiękowej następuje zerwanie wiązań adhezyjnych między materiałami aktywnymi i odbierakami prądu, dzięki czemu w kolejnym etapie oczyszczania można odzyskać nienaruszony odbierak prądu i sproszkowany materiał aktywny.

Ultradźwięki rozbijają wiązania molekularne i ułatwiają odzyskiwanie materiałów aktywnych podczas recyklingu baterii.

Obrazy przedstawiające wpływ ultradźwięków na tylną stronę: a) arkusza anody baterii litowo-jonowej i b) arkusza katody baterii litowo-jonowej. Anodę rozwarstwiono w roztworze 0,05 M kwasu cytrynowego; katodę rozwarstwiono w roztworze 0,1 M NaOH. Sonotroda miała średnicę 20 mm, a natężenie prądu 120 W/cm2 było stosowane przez 3 sekundy w odległości 2,5 mm od sonotrody. Rozmiar próbki wynosił 3 cm x 3 cm.
(opracowanie i zdjęcia: Lei et al., 2021)

Ultradźwiękowe urządzenia do badania delaminacji elektrod

Firma Hielscher Ultrasonics projektuje, produkuje i dystrybuuje wysokowydajne procesory ultradźwiękowe, które pracują w zakresie 20 kHz. Hielscher Ultrasonics’ Ultradźwiękowce przemysłowe to procesory ultradźwiękowe o dużej mocy, które mogą dostarczać bardzo wysokie amplitudy dla wymagających zastosowań. Amplitudy do 200 µm mogą być z łatwością stosowane w trybie ciągłym 24/7. W przypadku jeszcze większych amplitud dostępne są sonotrody ultradźwiękowe dostosowane do potrzeb klienta. Do ciągłego procesu rozwarstwiania elektrod firma Hielscher oferuje szereg sonotrod zarówno standardowych, jak i dostosowanych do potrzeb klienta. Rozmiar sonotrody można dostosować do rozmiaru i szerokości materiału elektrody, uzyskując w ten sposób optymalne warunki procesu dla wysokiej przepustowości i doskonałego odzysku.

Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!

Poproś o więcej informacji

Prosimy o skorzystanie z poniższego formularza w celu uzyskania dodatkowych informacji na temat procesorów ultradźwiękowych, zastosowań i ceny. Chętnie omówimy z Państwem proces i zaproponujemy Państwu system ultradźwiękowy spełniający Państwa wymagania!









Proszę zwrócić uwagę na nasze Polityka prywatności.




Literatura / materiały źródłowe

Ultradźwiękowe usuwanie rozwarstwienia pozwala w ciągu kilku sekund odzyskać aktywne materiały z zużytych elektrod.

Zdjęcie przedstawia folię miedzianą, z której w kilkusekundowej obróbce ultradźwiękowej usunięto warstwy grafitu i materiału aktywnego. Odzyskane składniki znajdują się w roztworze o wysokiej czystości, a otrzymany odbierak prądu jest czystą miedzią.
(Zdjęcie i opracowanie: Faraday Institution, University of Birmingham, University of Leicester)


Ultradźwiękowe homogenizatory o wysokim ścinaniu są stosowane w laboratoriach, na stanowiskach badawczych, w procesach pilotażowych i przemysłowych.

Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe do zastosowań mieszania, dyspergowania, emulgowania i ekstrakcji na skalę laboratoryjną, pilotażową i przemysłową.


Ultradźwięki o wysokiej wydajności! Paleta produktów firmy Hielscher obejmuje pełne spektrum od kompaktowych ultradźwięków laboratoryjnych, poprzez urządzenia stołowe, aż po przemysłowe systemy ultradźwiękowe.

Firma Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do wielkość przemysłowa.