Ultrasonics face reciclarea bateriei litiu-ion mai eficientă

Litiul este un material rar și foarte valoros prezent în bateriile de înaltă performanță, cum ar fi bateriile Li-ion. Litiul este cel mai valoros material care este recuperat în reciclarea bateriilor Li-ion, dar și alte minerale și metale precum cobalt, mangan, nichel, cupru și aluminiu sunt metale valoroase pentru recuperare. Ultrasunetele de mare intensitate sunt utilizate ca tehnică de agitare și levigare cu forfecare ridicată pentru a extrage, îndepărta și dizolva mineralele și metalele valoroase din bateriile uzate. Metoda de sonicare este extrem de eficientă, eficientă din punct de vedere energetic și este ușor disponibilă pentru instalare în instalații de reciclare complet comerciale.

Prezentare generală: Procesul de reciclare a bateriei Li-ion

Procesul de reciclare a metalelor prețioase și a materialelor din bateriile Li-ion uzate implică de obicei mai mulți pași. Iată o prezentare generală:

1. Colectare și sortare: Bateriile Li-ion uzate sunt colectate și sortate în funcție de tipurile și substanțele chimice.
2. dezasamblare: În primul rând, capacul de plastic al bateriei este rupt și îndepărtat. Ulterior, bateria goală este introdusă în azot lichid pentru a neutraliza substanțele reactive, explozive. Acest pas asigură prevenirea unei eliberări bruște a întregii energii stocate și aprinderea și explozia ulterioară asociate. Apoi, bateriile sunt dezasamblate pentru a separa diferitele componente, cum ar fi catodul, anodul, electrolitul și carcasa.
3. Mărunţirea: Bateriile dezasamblate sunt mărunțite în bucăți mai mici pentru a crește suprafața pentru procesele ulterioare.
4. Delaminarea electrodului: Înainte de tratamentul de extracție a metalelor, electrozii izolați, adică catodul și anodul, trebuie dezasamblați în continuare. Deoarece materialul catodului este în general aderat la folia de aluminiu printr-un liant, de obicei fluorură de poliviniliden (PVDF) sau politetrafluoretilenă (PTFE), este o sarcină dificilă să îndepărtați catodul și folia de aluminiu unul de celălalt.
5. Tratament chimic: Componentele bateriei mărunțite sunt supuse diferitelor tratamente chimice pentru a dizolva și separa diferitele materiale. Acest lucru poate implica levigarea cu acid sau alți solvenți pentru a extrage metale valoroase precum litiu, cobalt, nichel și cupru.
6. Recuperare și purificare: Metalele dizolvate sunt apoi recuperate din soluție prin procese precum precipitarea, extracția cu solvenți sau metode electrochimice. Acești pași ajută la purificarea și concentrarea metalelor prețioase.

Recuperarea metalelor prețioase îmbunătățită prin sonicare

Ultrasunetele de putere pot îmbunătăți etapele de delaminare a electrozilor și levigarea metalelor și materialelor prețioase prin intensificarea reacțiilor, făcând astfel procesul de recuperare semnificativ mai eficient. Ultrasunetele, este o tehnică care utilizează unde cu ultrasunete de mare intensitate pentru a crea vibrații mecanice și cavitație acustică într-un mediu lichid. Forțele puternice ale ultrasunetelor sunt utilizate pentru a îmbunătăți procesul de reciclare a metalelor prețioase din bateriile Li-ion uzate în mai multe moduri:
 

1. Dezintegrare: Ultrasunetele descompun materialele bateriei mărunțite, astfel încât să se creeze particule mai mici. Particulele mai mici oferă o suprafață mai mare, ceea ce face ca scurgerea chimică să fie mai eficientă, ajutând la eliberarea metalelor valoroase.
2. Levigare îmbunătățită: Aplicarea ultrasunetelor în timpul proceselor de levigare poate îmbunătăți contactul dintre materialul solid și soluția de levigare, crescând eficiența extracției metalelor. Levigarea cu ultrasunete favorizează extracția metalelor și crește randamentul recuperat de metale și minerale precum cobalt, mangan, nichel, cupru și aluminiu.
3. Delaminare îmbunătățită a electrodului: Scopul delaminării electrozilor în timpul reciclării bateriei este de a separa diferitele componente, cum ar fi electrozii, electroliții și separatoarele, astfel încât acestea să poată fi procesate sau reciclate individual. Ultrasonicarea ajută la detașarea și îndepărtarea acoperirilor din electrod. Forțele sonomecanice promovează separarea eficientă a straturilor electrozilor.
4. Reacții accelerate: Ultrasunetele promovează o amestecare mai rapidă și mai amănunțită, care poate accelera reacțiile chimice în timpul etapelor de recuperare și purificare a metalelor.
5. Consum redus de energie: Ultrasunetele pot îmbunătăți eficiența procesului, reducând timpul și energia necesare pentru recuperarea metalelor din bateriile uzate.

 
Ultrasunetele pot juca un rol benefic în îmbunătățirea procesului de reciclare a metalelor prețioase și a materialelor din bateriile Li-ion uzate prin creșterea eficacității și eficienței diferitelor etape implicate în procesul de reciclare.
Etapele procesului de levigare cu ultrasunete a metalelor și delaminarea electrozilor pot fi adaptate la procesele individuale de reciclare, care pot varia pe măsură ce companiile specializate în reciclarea bateriilor Li-ion își dezvoltă și își modifică procesele la cea mai mare eficiență.

Cavitație cu ultrasunete pentru separarea catodului

Ultrasonicarea separă materialele catodice de folia de aluminiu prin efectele cavitației acustice. Cavitația acustică sau cu ultrasunete este determinată de presiuni ridicate locale, temperaturi ridicate și scăderi ulterioare ale acestora, rezultând diferențe de presiune și temperatură respective, precum și micro-turbulențe intense și micro-jeturi cu forfecare mare. Aceste forțe cavitaționale afectează limitele suprafeței, promovează transferul de masă și provoacă eroziune. Generând astfel de forțe intense de natură chimică, fizică, termică și mecanică, cavitația cu ultrasunete creează agitația necesară și transferul de masă pentru a rupe structura organică a liantului utilizat în bateriile litiu-ion pentru a fixa catodul pe colector / folie de aluminiu.
În timp ce agitația mecanică, cum ar fi agitarea singură, este insuficientă pentru a detașa eficient materialul catod de folia de aluminiu, ultrasunetele de mare intensitate furnizează energia sonochimică și sonomecanică necesară pentru a îndepărta complet materialul catod din colectoare. Spre deosebire de agitarea mecanică, cavitația cu ultrasunete generează turbulențe intense, temperaturi și presiuni ridicate la nivel local, precum și agitație, curgere și jeturi de lichid, care rup liantul, de exemplu PVDF sau PTFE, care leagă catodul de folia de Al și erodează suprafața atât a catodului, cât și a foliei de Al. Astfel, liantul dintre cele două materiale este distrus corespunzător, iar catodul și folia de aluminiu sunt separate eficient.
De exemplu, separarea cu ultrasunete are ca rezultat o eficiență ridicată a îndepărtării catodului de 99% folosind N-metil-2-pirolidonă (NMP) ca solvent la 70 ° C (putere ultrasonică de 240 W și timp de procesare cu ultrasunete de 90 de minute). Deoarece separarea catodului cu ultrasunete dispersează materialul uniform și previne aglomerările mai mari, procesul ulterior de levigare a metalelor este facilitat.
Citiți mai multe despre delaminarea electrozilor cu ultrasunete pentru a recupera materialele active și foliile colectoare de curent!

Levigarea cu ultrasunete a mineralelor

Efectele cavitaționale cu ultrasunete descrise mai sus promovează și levigarea metalelor din bateriile uzate. Ultrasunetele de mare intensitate nu sunt utilizate doar pentru a recupera mineralele din reciclarea bateriilor, ci sunt adesea utilizate și în hidrometalurgie și levigarea minereurilor prețioase (de exemplu, sterilul minier). Temperaturile localizate ridicate, presiunile și forfecările intensifică levigarea metalelor și cresc semnificativ eficiența levigării. În timp ce în punctele fierbinți de cavitație apar temperaturi foarte extreme localizate de până la 1000 K, condițiile generale de levigare necesită doar temperaturi blânde de aproximativ 50-60°C. Acest lucru face ca recuperarea metalelor cu ultrasunete să fie eficientă din punct de vedere energetic și economică.
Levigarea cu ultrasunete a mineralelor din bateriile Li-ion uzate se caracterizează prin rate ridicate de recuperare și eficiență. De exemplu, acidul sulfuric (H2SO4) a fost utilizat cu succes ca agent de levigare în prezența peroxidului de hidrogen (H2O2) în timpul recuperării mineralelor cu ultrasunete din catod. Levigarea cu ultrasunete cu acid sulfuric a dus la rate de recuperare de 94,63% pentru cobalt și, respectiv, 98,62% pentru litiu.
Levigarea cu ultrasunete cu acid citric organic (C6H8O7· H2O) are ca rezultat recuperări foarte mari de cupru și litiu, obținând 96% cupru și aproape 100% litiu din bateriile Li-ion uzate.

Simplu și sigur: extindere cu ultrasunete de la teste de fezabilitate la reciclare industrială

Echipamentele cu ultrasunete de înaltă performanță pentru reciclarea bateriilor Li-ion sunt ușor disponibile pentru instalații de laborator, pilot și industriale. Deoarece separarea catodilor cu ultrasunete și levigarea cu ultrasunete a mineralelor din bateriile uzate sunt procese deja stabilite, procesul de la primele teste, optimizarea cerințelor specifice ale procesului și instalarea unui sistem de separare și/sau levigare cu ultrasunete complet industrial este rapid și simplu.
Citiți mai multe despre avantajele levigării cu ultrasunete pentru reciclarea durabilă a bateriilor și mineritul urban!

Ultrasunete de înaltă performanță pentru reciclarea bateriilor

Hielscher Ultrasonics furnizează ultrasonicators de înaltă performanță la orice dimensiune și capacitate. Cu UIP16000 (16kW), Hielscher produce cel mai puternic procesor cu ultrasunete la nivel mondial. Cele UIP16000, precum și toate celelalte sisteme industriale cu ultrasunete pot fi cu ușurință clustere la capacitatea de procesare necesară. Toate ultrasonicators Hielscher sunt construite pentru funcționare 24/7 sub sarcină maximă și în medii solicitante.
Hielscher Ultrasonics’ Procesoarele industriale cu ultrasunete pot furniza amplitudini foarte mari. Amplitudinile de până la 200μm pot fi ușor rulate continuu în funcționare 24/7. Pentru amplitudini chiar mai mari, sonotrodes cu ultrasunete personalizate sunt disponibile.

Sonde ultrasonice și sono-reactoare pentru orice volum

Hielscher Ultrasonics gama de produse acoperă întregul spectru de procesoare cu ultrasunete de la ultrasonicators de laborator compact peste banc-top și sisteme pilot la procesoare cu ultrasunete complet industriale, cu capacitatea de a procesa camioane pe oră. Gama completă de produse ne permite să vă oferim cele mai potrivite echipamente cu ultrasunete pentru aplicația dumneavoastră, capacitatea de proces și obiectivele de producție.

Amplitudini controlabile cu precizie pentru rezultate optime

Toate procesoarele cu ultrasunete Hielscher sunt controlabile cu precizie și, prin urmare, cai de lucru fiabile în R&D și producția. Amplitudinea este unul dintre parametrii cruciali ai procesului care influențează eficiența și eficacitatea reacțiilor induse sonochimic și sonomecanic. Toate Hielscher Ultrasonics’ Procesoarele permit setarea precisă a amplitudinii. Sonotrodes și coarnele de rapel sunt accesorii care permit modificarea amplitudinii într-o gamă și mai largă. Hielscher procesoare industriale cu ultrasunete pot livra amplitudini foarte mari și să furnizeze intensitatea ultrasonică necesară pentru aplicații solicitante. Amplitudinile de până la 200μm pot fi ușor rulate continuu în funcționare 24/7.
Setările precise ale amplitudinii și monitorizarea permanentă a parametrilor procesului cu ultrasunete prin intermediul software-ului inteligent vă oferă posibilitatea de a separa catodul de folia de aluminiu, precum și de a leviga minerale și metale din bateriile Li-ion uzate în cele mai eficiente condiții cu ultrasunete. Sonicare optimă pentru cea mai eficientă reciclare a bateriei Li-ion!
Robustețea ultrssonicatoarelor Hielscher permite funcționarea 24/7 în medii grele și solicitante. Acest lucru face ca sonicatoarele Hielscher să fie un instrument de lucru fiabil care îndeplinește cerințele procesului de reciclare.

Cea mai înaltă calitate – Proiectat și fabricat în Germania

Ca o afacere de familie și de familie, Hielscher acordă prioritate celor mai înalte standarde de calitate pentru procesoarele sale cu ultrasunete. Toate ultrasonicators sunt proiectate, fabricate și testate temeinic în sediul nostru din Teltow lângă Berlin, Germania. Robustețea și fiabilitatea echipamentului cu ultrasunete Hielscher face un cal de lucru în producția dumneavoastră. Funcționarea 24/7 sub sarcină maximă și în medii solicitante este o caracteristică naturală a sondelor cu ultrasunete de înaltă performanță Hielscher și reactoare.

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

Fapte care merită știute

Ce sunt bateriile litiu-ion?

O baterie litiu-ion, de asemenea baterie Li-ion, este un tip de baterie reîncărcabilă. În comparație cu bateriile pe bază de plumb și nichel, dispozitivele litiu-ion folosesc un catod, un anod și un electrolit ca conductor.
Ca toate bateriile, bateriile Li-ion stochează energie chimică, care este apoi transformată în energie electrică pentru a furniza o sarcină electrică statică pentru energie.
Bateriile litiu-ion sunt utilizate în mod obișnuit pentru electronice portabile, cum ar fi laptopuri, telefoane inteligente, precum și vehicule electrice. Aplicarea bateriilor Li-ion provoacă, de asemenea, un interes tot mai mare din partea companiilor militare și aerospațiale.