Hielscher ultrasunete tehnologie

Ultrasunete pentru reciclarea bateriilor litiu-ion

  • Bateriile litiu-ion utilizate în automobilele electrice se îndreaptă acum spre piața masivă și, odată cu acestea, trebuie dezvoltate capacități de reciclare.
  • Extracția cu ultrasunete este o tehnică eficientă și ecologică pentru recuperarea metalelor precum Li, Mg, Co, Ni etc. de la bateriile Li-ion uzate.
  • Sistemele ultrasonice industriale Hielscher pentru aplicații de leșiere sunt fiabile și robuste și pot fi ușor integrate în instalațiile existente de reciclare.

Reciclarea bateriilor litiu-ion

Bateriile litiu-ion sunt utilizate pe scară largă în vehiculele electrice (EV), laptop-uri și telefoane mobile. Aceasta înseamnă că bateriile litiu-ion uzate reprezintă o provocare actuală în ceea ce privește gestionarea și reciclarea deșeurilor. Bateriile sunt un driver de cost major pentru EVs, iar dispoziția lor este costisitoare, de asemenea. Aspectele de mediu și economice împing pentru o buclă de reciclare închisă, deoarece deșeurile de baterii conțin materiale valoroase și ajută la reducerea amprentei de carbon a producției de baterii litiu-ion.
Reciclarea bateriilor Li-ion este în creștere într-un sector industrial înfloritor, pentru a asigura disponibilitatea viitoare a metalelor de pământuri rare și a altor componente ale bateriilor și pentru a reduce costurile de mediu ale mineritului.

Leșierea industrială cu ultrasunete

Lichidarea cu ultrasunete și extracția metalică pot fi aplicate la procesele de reciclare a bateriilor cu oxid de litiu de cobalt (de exemplu, de la laptopuri, smartphone-uri etc.), precum și de la baterii complexe de litiu-nichel-mangan-cobalt (de exemplu, din vehicule electrice).
Cavitation produced by Hielscher's UIP1000hdT with cascatrode Ultrasunetele de mare putere sunt bine cunoscute pentru capacitatea lor de a procesa lichide și suspensii chimice pentru a îmbunătăți transferul de masă și a iniția reacții chimice.
Efectele intense ale ultrasonicii de putere se bazează pe fenomenul de cavitație acustică. Prin cuplarea ultrasunetelor de mare putere în lichide / suspensii, undele alternante de joasă presiune și de presiune înaltă în lichide generează bule mici de vid. Vacuzele de vid mici se dezvoltă în diferite cicluri de joasă presiune / presiune ridicată până la implantarea violentă. Buburile de vid în colaps pot fi considerate ca microrectoare în care temperaturile de până la 5000K, presiuni de până la 1000atm și ratele de încălzire și răcire mai mari de 10-10 apar. Mai mult, sunt generate puternice forțe de forfecare hidrodinamice și jeturi de lichid cu o viteză de până la 280 m / s. Aceste condiții extreme de cavitație acustică creează condiții fizice și chimice extraordinare în alte lichide reci și creează un mediu benefic pentru reacțiile chimice (Sonochemistry).

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

Procesor ultrasonic de 48kW
pentru aplicații exigente, cum ar fi leșierea metalelor

Cerere de informatie





Extracția cu ultrasunete în reciclarea bateriilor litiu ionizate. (Click pentru marire!)

Lichidarea cu ultrasunete a metalelor din deșeurile de baterii epuizate.

Cavitația generată cu ultrasunete poate induce termoliză a substanțelor dizolvate, precum și formarea radicalilor și reactivilor foarte reactivi, cum ar fi radicalii liberi, ionii de hidroxid (• OH), hidroniu (H3O +) etc., care asigură condiții reactive extraordinare în lichid astfel încât viteza de reacție să fie crescută în mod semnificativ. Solidele, cum ar fi particulele, sunt accelerate de jeturile lichide și sunt măcinate prin coliziune interparticulară și abraziune, mărind suprafața activă și, prin urmare, transferul de masă.
Marele avantaj al leșării cu ultrasunete și recuperarea metalelor este controlul precis asupra parametrilor procesului, cum ar fi amplitudinea, presiunea și temperatura. Acești parametri permit ajustarea condițiilor de reacție exact la mediul de proces și la ieșirea vizată. În plus, scurgerea cu ultrasunete îndepărtează chiar și cele mai mici particule de metal din substrat, păstrând în același timp microstructurile. Recuperarea metalului îmbunătățită se datorează creării cu ultrasunete a suprafețelor foarte reactive, ratelor de reacție crescute și transportului îmbunătățit în masă. Sonication procesele pot fi optimizate prin influențarea fiecărui parametru și, prin urmare, sunt nu numai foarte eficiente, dar și extrem de eficiente din punct de vedere energetic.
Controlul exact al parametrilor și eficiența energetică fac ca scurgerea cu ultrasunete să facă din tehnica favorabilă și excelentă – în special în comparație cu tehnicile complicate de leșiere cu acid și de chelare.

Recuperarea cu ultrasunete a LiCoO2 din bateriile litiu-ion uzate

Ultrasonicarea ajută la scurgerea reductivă și la precipitarea chimică, care sunt utilizate pentru a recupera Li ca Li2co3 și Co ca Co (OH)2 de la bateriile litiu-ion deșeuri.
Zhang și colab. (2014) raportează recuperarea cu succes a LiCoO2 folosind un reactor cu ultrasunete. pentru a pregăti soluția inițială de 600 ml, au plasat 10 g de LiCoO nevalid2 pulbere într-un pahar de laborator și s-au adăugat 2,0 mol / l soluție de LiOH, care au fost amestecate.
Amestecul a fost turnat în iradierea cu ultrasunete și dispozitivul de agitare a început, dispozitivul de agitare a fost plasat în interiorul recipientului de reacție. A fost încălzit la 120 ° C, iar apoi dispozitiv cu ultrasunete a fost setat la 800W iar modul de acționare cu ultrasunete a fost setat la cicluri de impulsuri de 5 secunde. ON / 2sec. OFF. Iradierea cu ultrasunete a fost aplicată timp de 6 ore și apoi amestecul de reacție a fost răcit la temperatura camerei. Reziduul solid a fost spălat de câteva ori cu apă deionizată și uscat la 80 ° C până la o greutate constantă. Eșantionul obținut a fost colectat pentru testarea ulterioară și producția de baterii. Capacitatea de încărcare în primul ciclu este de 134,2mAh / g, iar capacitatea de descărcare este de 133,5mAh / g. Prima încărcare și eficiența descărcării au fost de 99,5%. După 40 de cicluri, capacitatea de descărcare este în continuare de 132,9mAh / g. (Zhang și colab., 2014)

Cu cristale LiCoO2 recuperate ultrasonic. (Click pentru marire!)

Cristalele LiCoO2 utilizate înainte (a) și după (b) tratamentul cu ultrasunete la 120◦C timp de 6 ore. sursa: Zhang et al. 2014

Lichidarea cu ultrasunete cu acizi organici, cum ar fi acidul citric, este nu numai eficientă, ci și ecologică. Cercetările au constatat că leșierea Co și Li este mai eficientă cu acidul citric decât cu acizii anorganici H2ASA DE4 și HCI. Mai mult de 96% Co și aproape 100% Li au fost recuperate din bateriile litiu-ion uzate. Faptul că acizii organici, cum ar fi acidul citric și acidul acetic, sunt ieftini și biodegradabili, contribuie la avantajele economice și ecologice ale sonicării.

Ultrasunete industriale de înaltă putere

UIP4000hdT - Hielscher's 4kW high-performance ultrasonic system Hielscher Ultrasonics este furnizorul Dvs. cu experiență îndelungată pentru sistemele ultrasonice de înaltă eficiență și de încredere, care asigură puterea necesară pentru curățarea metalelor din deșeuri. Pentru a reprocesa bateriile li-ion prin extragerea metalelor cum ar fi cobalt, litiu, nichel și mangan, sistemele ultrasonice puternice și robuste sunt esențiale. Hielscher Ultrasonics’ unitățile industriale, cum ar fi UIP4000hdT (4 kW). UIP10000 (10kW) și UIP16000 (16kW) sunt cele mai puternice și robuste sisteme de ultrasunete de înaltă performanță de pe piață. Toate unitatile noastre industriale pot fi rulate continuu cu amplitudini foarte mari de pana la 200μm in functionare 24/7. Pentru amplitudini chiar mai mari, sunt disponibile sonotroze personalizate cu ultrasunete. Robustețea echipamentului ultrasonic Hielscher permite funcționarea 24/7 în medii grele și în medii exigente. Hielscher furnizează sonotroduri speciale și reactoare pentru temperaturi ridicate, presiuni și lichide corozive. Acest lucru face ca ultrasonicatoarele noastre industriale să fie cele mai potrivite pentru tehnicile metalurgice extractive, de exemplu, tratamentele hidrometalurgice.

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității de procesare aproximativă a ultrasonicators noastre:

volum lot Debit Aparate recomandate
0.1 la 20L 0.2 4L / min UIP2000hdT
10 100L 2 până la 10L / min UIP4000
N / A. 10 la 100L / min UIP16000
N / A. mai mare grup de UIP16000

Contacteaza-ne! / Intreaba-ne!

Va rugam sa folositi formularul de mai jos, în cazul în care doriți să solicite informații suplimentare cu privire la omogenizare cu ultrasunete. Vom fi bucuroși să vă oferim un sistem de ultrasunete îndeplinesc cerințele dumneavoastră.









Vă rugăm să rețineți Politica de confidentialitate.


Literatura / Referințe

  • Golmohammadzadeh R., Rashchi F., Vahidi E. (2017): Recuperarea litiului și a cobaltului din bateriile litiu-ion uzate utilizând acizi organici: Optimizarea proceselor și aspectele cinetice. Managementul deșeurilor 64, 2017, 244-254.
  • Shin S.-M .; Lee D.-W .; Wang J.-P. (2018): Fabricarea pulberii de nichel din nanoprelucrare din LiNiO2 din bateria litiu-ion uzată. Metalele 8, 2018.
  • Zhang Z., He W., Li G., Xia J., Hu H., Huang J. (2014): Renovarea hidrotermală asistată cu ultrasunete a LiCoO2 de la catodul de baterii litiu-ion cheltuite. Int. J. Electrochem. Sci., 9 (2014). 3691-3700.
  • Zhang Z., He W., Li G., Xia J., Hu H., Huang J., Shengbo Z. (2014): Recuperarea materialului de oxid de cobalt de litiu din catodul bateriilor litiu-ione uzate. ECS Letters of Electrochemistry, 3 (6), 2014. A58-A61.


Ce trebuie să știți

Baterii litiu-ion

Bateriile litiu-ion (LIB) reprezintă bateria colectivă pentru bateriile (reîncărcabile) care oferă o densitate mare de energie și sunt frecvent integrate în electronice de consum, cum ar fi automobilele electronice, automobilele hibride, laptopurile, telefoanele mobile, iPod-urile etc. alte variante ale bateriilor reîncărcabile cu dimensiuni și capacități similare, LIB-urile sunt mult mai ușoare.
Spre deosebire de bateria primară de litiu de unică folosință, un LIB folosește un compus de litiu intercalat în loc de litiu metalic ca electrod. Componentele principale ale unei baterii cu litiu-ion sunt electrozii săi – anod și catod – și electrolitul.
Majoritatea celulelor au componente comune în ceea ce privește electrolitul, separatorul, foliile și carcasa. Diferența majoră dintre tehnologiile celulare este materialul folosit ca “materiale active” cum ar fi catodul și anodul. Grafitul este materialul cel mai frecvent utilizat ca anod, în timp ce catodul este fabricat din straturi LiMO2 (M = Mn, Co și Ni), spinel LiMn2O4, sau olivină LiFePO4. Electroliții lichizi organici electroliți (de exemplu, sarea LiPF6 dizolvată într-un amestec de solvenți organici, cum ar fi carbonatul de etilenă (EC), carbonatul de dimetil (DMC), carbonatul de dietil (DEC), carbonatul de metil etil etc. mișcare ionică.
În funcție de materialele electrozi pozitivi (catozi) și negativi (anodici), densitatea și tensiunea de energie ale LIB-urilor variază.
Atunci când este utilizat în vehicule electrice, se folosește adesea bateria vehiculului electric (EVB) sau bateria de tracțiune. Astfel de baterii de tracțiune sunt utilizate în stivuitoare, cărucioare electrice de golf, scruber podea, motociclete electrice, mașini electrice, camioane, furgoane și alte vehicule electrice.

Reciclarea metalelor de la bateriile litiu uzate

În comparație cu alte tipuri de baterii care conțin adesea plumb sau cadmiu, bateriile Li-ion conțin metale mai puțin toxice și, prin urmare, sunt considerate ecologice. Cu toate acestea, cantitatea mare de baterii Li-ion consumate, care vor trebui eliminate ca baterii uzate de la autovehiculele electrice, prezintă o problemă privind deșeurile. Prin urmare, este necesară o buclă închisă de reciclare a bateriilor Li-ion. Din punct de vedere economic, elementele metalice, cum ar fi fier, cupru, nichel, cobalt și litiu, pot fi recuperate și reutilizate în producția de baterii noi. Reciclarea ar putea preveni și o lipsă viitoare.
Deși bateriile cu sarcini mai mari de nichel intră pe piață, nu este posibilă producerea de baterii fără cobalt. Conținutul mai mare de nichel are un cost: Cu un conținut crescut de nichel, stabilitatea bateriei este scăzută și prin urmare durata de viață a acestuia și capacitatea de încărcare rapidă sunt reduse.

Creșterea cererii pentru bateriile Li-ion. Sursa: Deutsche Bank

Creșterea cererii pentru bateriile Li-ion necesită creșterea capacităților de reciclare a bateriilor uzate.

Procesul de reciclare

Bateriile vehiculelor electrice, cum ar fi Tesla Roadster, au o durată de viață aproximativă de 10 ani.
Reciclarea bateriilor Li-ion epuizate este un proces pretențios, deoarece sunt implicate tensiuni înalte și substanțe chimice periculoase, care prezintă riscul de răscolire termică, șoc electric și emisii de substanțe periculoase.
Pentru a stabili o reciclare în buclă închisă, fiecare legătură chimică și toate elementele trebuie separate în fracțiunile lor individuale. Cu toate acestea, energia necesară pentru o astfel de reciclare cu buclă închisă este foarte costisitoare. Cele mai valoroase materiale pentru recuperare sunt metalele precum Ni, Co, Cu, Li, etc., deoarece extracția costisitoare și prețurile ridicate de piață ale componentelor metalice fac reciclarea atractivă din punct de vedere economic.
Procesul de reciclare a bateriilor Li-ion începe cu dezmembrarea și descărcarea bateriilor. Înainte de a deschide bateria, este necesară o pasivare pentru a inactiva substanțele chimice din baterie. Pasivarea poate fi realizată prin congelare criogenică sau oxidare controlată. În funcție de mărimea bateriei, bateriile pot fi demontate și dezasamblate în jos în celulă. După dezmembrare și strivire, componentele sunt izolate prin mai multe metode (de exemplu, screening, cernere, picking manual, separare magnetică, umedă și balistică) pentru a îndepărta carcasele de celule, aluminiu, cupru și materiale plastice din pulberea electrodului. Separarea materialelor electrod este necesară pentru procesele din aval, de exemplu tratamentul hidrometalurgic.
Piroliza
Pentru prelucrarea pirolitică, bateriile mărunțite sunt topite într-un cuptor în care se adaugă calcar ca agent de formare a zgurii.

Procese hidrotermale
Procesarea hidrometalurgică se bazează pe reacții acide pentru a precipita sărurile ca metale. Procesele hidrometalurgice tipice includ leșierea, precipitarea, schimbarea de ioni, extracția cu solvent și electroliza soluțiilor apoase.
Avantajul procesării hidrotermale este randamentul ridicat de recuperare de + 95% din Ni și Co ca săruri, + 90% din Li pot fi precipitate, iar restul poate fi recuperat până la + 80%.

Mai ales cobaltul este o componentă critică în catodii de baterii litiu-ion pentru aplicații de energie și energie înaltă.
Vehiculele hibride actuale, cum ar fi Toyota Prius, utilizează baterii de nichel metal hidrură, care sunt demontate, descărcate și reciclate în mod similar cu bateriile Li-ion.

Hielscher Ultrasonics produce ultrasonicatoare de înaltă performanță.

Sonicare puternică de la laborator și bench-top la producția industrială.