Ultradźwięki sprawiają, że recykling baterii litowo-jonowych staje się bardziej efektywny

Lit jest rzadkim i bardzo cennym materiałem obecnym w wysokowydajnych akumulatorach, takich jak akumulatory litowo-jonowe. Lit jest najcenniejszym materiałem, który jest odzyskiwany w procesie recyklingu baterii litowo-jonowych, ale również inne minerały i metale, takie jak kobalt, mangan, nikiel, miedź i aluminium, są cennymi metalami do odzysku. Ultradźwięki o wysokiej intensywności są stosowane jako technika mieszania i wymywania o wysokim stopniu natężenia w celu wydobywania, usuwania i rozpuszczania cennych minerałów i metali ze zużytych baterii. Metoda ultradźwiękowa jest bardzo wydajna, energooszczędna i łatwo dostępna do zainstalowania w pełni komercyjnych zakładach recyklingu.

Przegląd: Proces recyklingu Li-Ion-Battery

Procesy recyklingu mogą się różnić w zależności od tego, jak firmy specjalizujące się w recyklingu baterii litowo-jonowych rozwijają i modyfikują swoje procesy w celu osiągnięcia najwyższej wydajności. Jednakże, aby odzyskać z baterii cenne materiały, takie jak lit, konieczne jest podjęcie następujących kroków:
Najpierw należy zerwać i zdjąć plastikową pokrywę baterii. Następnie nagą baterię wkłada się do ciekłego azotu w celu neutralizacji reaktywnych, wybuchowych substancji. W ten sposób zapobiega się nagłemu uwolnieniu całej zgromadzonej energii i związanemu z tym zapłonowi i eksplozji.
Po wykonaniu tych czynności przygotowawczych, baterię umieszcza się na tokarce, na której otwiera się ją piłą, aby można było zdjąć jej zewnętrzną powłokę. Zdjęta do rdzenia baterii katoda, anoda i separator są wyjmowane i umieszczane w piecu, gdzie są suszone przez 24 godziny w temperaturze ok. 60-120°C. Po zakończeniu tych czynności przygotowawczych baterię umieszcza się na tokarce, gdzie otwiera się ją piłą, aby można było wyjąć jej zewnętrzną powłokę. Przed przystąpieniem do ekstrakcji metalu izolowane elektrody, tj. katoda i anoda, muszą być dalej demontowane. Ponieważ materiał katody jest zazwyczaj przyklejany do folii aluminiowej za pomocą spoiwa, zwykle polifluorku winylidenu (PVDF) lub politetrafluoroetylenu (PTFE), usunięcie katody i folii aluminiowej ze sobą jest trudnym zadaniem. Aby prawidłowo oddzielić materiał z katody od folii, udowodniono, że separacja ultradźwiękowa jest zabiegiem bardzo skutecznym, szybkim i ekonomicznym. Jednak intensyfikacja procesu ultradźwiękowego nie kończy się na tym. Ultradźwiękowe wymywanie metali i minerałów, takich jak kobalt, mangan, nikiel, miedź i aluminium, sprzyja pozyskiwaniu metali i zwiększa wydajność odzyskiwanych metali.

Kawitacja ultradźwiękowa do separacji katod

Ultradźwięki oddzielają materiały katodowe od folii aluminiowej poprzez efekty kawitacji akustycznej. Kawitacja akustyczna lub ultradźwiękowa jest uwarunkowana występującymi lokalnie wysokimi ciśnieniami, wysokimi temperaturami i ich kolejnymi spadkami, w wyniku których powstają odpowiednie różnice ciśnień i temperatur, a także intensywne mikroturbulencje i silne mikroturbulencje. Te siły kawitacyjne wpływają na granice powierzchni, sprzyjają przenoszeniu masy i powodują erozję. Generowanie tak intensywnych sił o charakterze chemicznym, fizycznym, termicznym i mechanicznym, kawitacja ultradźwiękowa wywołuje wymagane mieszanie i przenoszenie masy w celu przerwania struktury spoiwa organicznego stosowanego w bateriach litowo-jonowych do mocowania katody do kolektora / folii aluminiowej.
Podczas gdy mechaniczne pobudzenie, takie jak samo mieszanie, jest niewystarczające do skutecznego oddzielenia materiału katody od folii aluminiowej, ultradźwięki o wysokiej intensywności zapewniają wymaganą energię sonochemiczną i sonomechaniczną do całkowitego usunięcia materiału katody z kolektorów. W przeciwieństwie do mieszania mechanicznego, kawitacja ultradźwiękowa generuje intensywne turbulencje, lokalnie wysokie temperatury i ciśnienia, a także wzburzenia, strumienie i strumienie cieczy, które rozbijają spoiwo, np. PVDF lub PTFE, które łączą katodę z folią Al i erodują powierzchnię zarówno katody, jak i folii Al. PVDF lub PTFE, które łączą katodę z folią Al i erodują powierzchnię katody i folii Al. W ten sposób spoiwo pomiędzy oboma materiałami jest odpowiednio niszczone, a katoda i folia aluminiowa są skutecznie oddzielone.
Na przykład, separacja ultradźwiękowa powoduje wysoką skuteczność usuwania katody na poziomie 99% przy użyciu N-metylo-2-pirolidonu (NMP) jako rozpuszczalnika w temperaturze 70°C (240 `W mocy ultradźwiękowej i 90 `min czasu przetwarzania ultradźwiękowego). Ponieważ ultradźwiękowe oddzielanie katod rozprasza materiał równomiernie i zapobiega powstawaniu większych aglomeratów, ułatwiony jest późniejszy proces wymywania metalu.
Dowiedz się więcej o ultradźwiękowym rozwarstwianiu elektrod w celu odzyskania materiałów aktywnych i folii kolektorów prądowych!

Ultradźwiękowe pozyskiwanie minerałów (Leaching of Minerals)

Opisane powyżej ultradźwiękowe efekty kawitacyjne sprzyjają również wypłukiwaniu metali ze zużytych baterii. Ultradźwięki o wysokiej intensywności są nie tylko używane do odzyskiwania minerałów w recyklingu baterii, ale są również często stosowane w hydrometalurgii i ługowaniu cennych rud (np. odpadów górniczych). Wysokie temperatury, ciśnienia i siły ścinające intensyfikują proces ługowania metali i znacznie zwiększają jego efektywność. Podczas gdy w kawitacyjnych punktach gorących występują lokalnie bardzo ekstremalne temperatury do 1000 K, ogólne warunki ługowania wymagają jedynie łagodnej temperatury ok. 50-60°C. Dzięki temu ultradźwiękowy odzysk metali jest energooszczędny i ekonomiczny.
Ultradźwiękowe wymywanie minerałów z zużytych baterii litowo-jonowych charakteryzuje się wysokim stopniem odzysku i wydajnością. Przykładowo, kwas siarkowy (H2SO4) został z powodzeniem użyty jako środek wymywający w obecności nadtlenku wodoru (H2O2) podczas ultradźwiękowego odzyskiwania minerałów z katody. W wyniku ultradźwiękowego wymywania kwasem siarkowym odzyskano odpowiednio 94,63% dla kobaltu i 98,62% dla litu.
Ultradźwiękowe wymywanie za pomocą organicznego kwasu cytrynowego (C6H8O7-H2O) powoduje bardzo wysoki stopień odzysku miedzi i litu, uzyskując 96% miedzi i prawie 100% litu ze zużytych baterii litowo-jonowych.

Proste i bezpieczne: Skalowanie ultradźwiękowe od testów wykonalności do recyklingu przemysłowego

Wysokowydajne urządzenia ultradźwiękowe do recyklingu akumulatorów litowo-jonowych są łatwo dostępne do instalacji stacjonarnych, pilotażowych i przemysłowych. Ponieważ ultradźwiękowa separacja katodowa i ultradźwiękowe wymywanie minerałów ze zużytych baterii są już ustalonymi procesami, proces od pierwszych prób, optymalizacji do specyficznych wymagań procesowych i instalacji w pełni przemysłowej separacji ultradźwiękowej i/lub systemu wymywania jest szybki i prosty.

Wysokowydajne ultrasonografy do recyklingu baterii

Hielscher Ultrasonics dostarcza wysokowydajne ultrasonografy o dowolnej wielkości i pojemności. Dzięki UIP16000 (16kW) firma Hielscher produkuje najmocniejszy procesor ultradźwiękowy na świecie. Zarówno UIP16000, jak i wszystkie inne przemysłowe systemy ultradźwiękowe mogą być łatwo łączone w klastry o wymaganej wydajności przetwarzania. Wszystkie ultradźwięki firmy Hielscher są przeznaczone do pracy w trybie 24/7 przy pełnym obciążeniu i w wymagających środowiskach.
Hielscher Ultrasonics’ Przemysłowe procesory ultradźwiękowe mogą dostarczać bardzo duże amplitudy. Amplitudy do 200µm można z łatwością pracować w trybie ciągłym w trybie 24/7. Dla jeszcze większych amplitud dostępne są indywidualne sondy ultradźwiękowe.

Sondy ultradźwiękowe i reaktory soniczne dla każdej objętości

Asortyment produktów Hielscher Ultrasonics obejmuje pełne spektrum procesorów ultradźwiękowych, począwszy od kompaktowych laboratoryjnych ultrasonografów, poprzez systemy stacjonarne i pilotażowe, aż po w pełni przemysłowe procesory ultradźwiękowe o wydajności umożliwiającej przetwarzanie ciężarówek na godzinę. Pełna gama produktów pozwala nam zaoferować Państwu najbardziej odpowiednie urządzenia ultradźwiękowe dla Państwa aplikacji, wydajności procesu i celów produkcyjnych.

Precyzyjnie regulowane amplitudy dla uzyskania optymalnych wyników

Wszystkie procesory ultradźwiękowe Hielscher są precyzyjnie sterowane, a tym samym niezawodne konie robocze w R&D i produkcja. Amplituda jest jednym z kluczowych parametrów procesu, który wpływa na efektywność i skuteczność reakcji wywołanych sonochemicznie i sonomechanicznie. Wszystkie ultradźwięki Hielscher Ultrasonics’ Procesory pozwalają na precyzyjne ustawienie amplitudy. Sonotrody i klaksony wzmacniające są akcesoriami pozwalającymi na modyfikację amplitudy w jeszcze szerszym zakresie. Przemysłowe procesory ultradźwiękowe firmy Hielscher mogą dostarczać bardzo duże amplitudy i zapewnić wymaganą intensywność ultradźwiękową dla wymagających zastosowań. Amplitudy do 200µm można z łatwością pracować w trybie ciągłym w trybie 24/7.
Precyzyjne ustawienia amplitudy oraz stałe monitorowanie parametrów procesu ultradźwiękowego za pomocą inteligentnego oprogramowania dają możliwość oddzielenia katody od folii aluminiowej, a także wymywania minerałów i metali z zużytych baterii litowo-jonowych w najbardziej efektywnych warunkach ultradźwiękowych. Optymalna syrenacja dla najbardziej efektywnego recyklingu baterii Li-ion!
Wytrzymałość sprzętu ultradźwiękowego firmy Hielscher pozwala na pracę w trybie 24/7 w trudnych warunkach pracy i w wymagającym otoczeniu. Dzięki temu urządzenia ultradźwiękowe firmy Hielscher są niezawodnym narzędziem pracy, które spełnia wymagania procesu recyklingu.

Najwyższa jakość – Zaprojektowane i wyprodukowane w Niemczech

Jako firma rodzinna i prowadzona przez rodzinę, Hielscher stawia na najwyższą jakość swoich procesorów ultradźwiękowych. Wszystkie ultradźwięki są projektowane, produkowane i dokładnie testowane w naszej siedzibie w Teltow koło Berlina w Niemczech. Solidność i niezawodność urządzeń ultradźwiękowych firmy Hielscher czyni z nich konia roboczego w Państwa produkcji. Praca 24/7 przy pełnym obciążeniu i w wymagających środowiskach jest naturalną cechą charakterystyczną wysokowydajnych sond ultradźwiękowych i reaktorów firmy Hielscher.

Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators: