Ultrasunetele fac reciclarea bateriilor 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 recuperat în reciclarea bateriilor Li-ion, dar și alte minerale și metale, precum cobaltul, manganul, nichelul, cuprul și aluminiul, sunt metale valoroase pentru recuperare. Sonicarea de înaltă intensitate este utilizată ca tehnică de agitare cu forfecare ridicată și de leșiere pentru a extrage, îndepărta și dizolva mineralele și metalele valoroase din bateriile uzate. Metoda de sonicare este foarte eficace, eficientă din punct de vedere energetic și este disponibilă imediat pentru instalare în instalații de reciclare la scară complet comercială.

Prezentare generală: procesul de reciclare a bateriilor Li-ion

Procesul de reciclare a metalelor prețioase și a materialelor din bateriile Li-ion uzate implică, de regulă, mai multe etape. Iată o prezentare generală:

1. Colectare și sortare: Bateriile Li-ion uzate sunt colectate și sortate în funcție de tipurile și compozițiile lor chimice.
2. Dezasamblare: Mai întâi, carcasa de plastic a bateriei este spartă și îndepărtată. Apoi, bateria dezgolită este introdusă în azot lichid pentru a neutraliza substanțele reactive, explozive. Această etapă asigură prevenirea unei eliberări bruște a întregii energii stocate, precum și a aprinderii și exploziei ulterioare asociate acesteia. Ulterior, bateriile sunt dezasamblate pentru a separa diferitele componente, precum catodul, anodul, electrolitul și carcasa.
3. Mărunțire: Bateriile dezasamblate sunt mărunțite în bucăți mai mici pentru a mări suprafața specifică pentru procesele ulterioare.
4. Delaminarea electrozilor: Înainte de tratamentul de extracție a metalelor, electrozii izolați, adică catodul și anodul, trebuie dezasamblați suplimentar. Deoarece materialul catodic este, în general, aderent la folia de aluminiu printr-un liant, de obicei poli(fluorură de viniliden) (PVDF) sau politetrafluoretilenă (PTFE), separarea catodului și a foliei de aluminiu una de cealaltă este o sarcină dificilă.
5. Tratament chimic: Componentele mărunțite ale bateriilor sunt supuse diverselor tratamente chimice pentru a dizolva și separa diferitele materiale. Acestea pot implica leșierea cu acid sau cu alți solvenți pentru a extrage metale valoroase precum litiul, cobaltul, nichelul și cuprul.
6. Recuperare și purificare: Metalele dizolvate sunt apoi recuperate din soluție prin procese precum precipitarea, extracția cu solvenți sau metodele electrochimice. Aceste etape contribuie la purificarea și concentrarea metalelor prețioase.

Recuperarea metalelor prețioase îmbunătățită prin sonicare

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

1. Dezintegrare: Sonicarea descompune materialele mărunțite ale bateriilor, astfel încât se formează particule mai mici. Particulele mai mici oferă o suprafață specifică mai mare, ceea ce face leșierea chimică mai eficace, contribuind la eliberarea metalelor valoroase.
2. Leșiere îmbunătățită: Aplicarea sonicării în timpul proceselor de leșiere poate îmbunătăți contactul dintre materialul solid și soluția de leșiere, crescând eficiența extracției metalelor. Leșierea cu ultrasunete favorizează extracția metalelor și crește randamentul de metale și minerale recuperate, precum cobaltul, manganul, nichelul, cuprul și aluminiul.
3. Delaminare îmbunătățită a electrozilor: Scopul delaminării electrozilor în timpul reciclării bateriilor este de a separa diferitele componente, precum electrozii, electroliții și separatoarele, astfel încât acestea să poată fi procesate ulterior sau reciclate individual. Sonicarea facilitează desprinderea și îndepărtarea straturilor de acoperire de pe electrod. Forțele sonomecanice favorizează separarea eficientă a straturilor electrozilor.
4. Reacții accelerate: Sonicarea favorizează o amestecare mai rapidă și mai temeinică, care poate accelera reacțiile chimice în etapele de recuperare și purificare a metalelor.
5. Consum redus de energie: Sonicarea poate îmbunătăți eficiența procesului, reducând timpul și energia necesare pentru recuperarea metalelor din bateriile uzate.

Sonicarea poate 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 diverselor etape implicate în procesul de reciclare.
Etapele procesului de leșiere a metalelor cu ultrasunete și de delaminare a electrozilor pot fi adaptate proceselor individuale de reciclare, care pot varia pe măsură ce companiile specializate în reciclarea bateriilor Li-ion își dezvoltă și își modifică procesele pentru a atinge cea mai mare eficiență.

Cavitația ultrasonică pentru separarea catodului

Sonicarea separă materialele catodice de folia de aluminiu prin efectele cavitației acustice. Cavitația acustică sau ultrasonică este determinată de presiunile ridicate și temperaturile ridicate care apar local și de scăderile lor ulterioare, rezultând în diferențe corespunzătoare de presiune și temperatură, precum și în microturbulențe intense și microjeturi cu forfecare ridicată. Aceste forțe cavitaționale afectează limitele suprafețelor, favorizează transferul de masă și provoacă eroziune. Generând astfel de forțe intense de natură chimică, fizică, termică și mecanică, cavitația ultrasonică creează agitarea și transferul de masă necesare pentru a rupe structura liantului organic utilizat în bateriile litiu-ion pentru a fixa catodul pe colector / folia de aluminiu.
În timp ce agitarea mecanică, precum simpla amestecare, este insuficientă pentru a desprinde eficient materialul catodic de pe folia de aluminiu, sonicarea de înaltă intensitate furnizează energia sonochimică și sonomecanică necesară pentru a îndepărta complet materialul catodic de pe colectoare. Spre deosebire de amestecarea mecanică, cavitația ultrasonică generează turbulențe intense, temperaturi și presiuni local ridicate, precum și agitare, curenți și jeturi de lichid, care rup liantul, de ex. PVDF sau PTFE, ce leagă catodul de folia de Al, și erodează suprafața ambelor, a catodului și a foliei de Al. Astfel, liantul dintre cele două materiale este distrus în mod 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 min). Deoarece separarea catodului cu ultrasunete dispersează uniform materialul și previne formarea aglomeratelor mai mari, procesul ulterior de leșiere a metalelor este facilitat.
Citiți mai multe despre delaminarea electrozilor cu ultrasunete pentru recuperarea materialelor active și a foliilor colectoare de curent!

Leșierea cu ultrasunete a mineralelor

Efectele cavitaționale ultrasonice descrise mai sus favorizează, de asemenea, leșierea metalelor din bateriile uzate. Sonicarea de înaltă intensitate nu este utilizată doar pentru recuperarea mineralelor în reciclarea bateriilor, ci este adesea utilizată și în hidrometalurgie și în leșierea minereurilor prețioase (de ex. sterilele miniere). Temperaturile, presiunile și forțele de forfecare ridicate, localizate, intensifică leșierea metalelor și cresc semnificativ eficiența leșierii. Deși în punctele fierbinți cavitaționale apar local temperaturi foarte extreme, de până la 1000 K, condițiile generale de leșiere necesită doar o temperatură moderată de aprox. 50–60°C. Acest lucru face ca recuperarea metalelor cu ultrasunete să fie eficientă energetic și economică.
Leșierea cu ultrasunete a mineralelor din bateriile Li-ion uzate se caracterizează prin rate de recuperare și eficiență ridicate. De exemplu, acidul sulfuric (H2SO4) a fost utilizat cu succes ca agent de leșiere în prezența peroxidului de hidrogen (H2O2) în timpul recuperării cu ultrasunete a mineralelor din catod. Leșierea cu ultrasunete cu acid sulfuric a dus la rate de recuperare de 94,63% pentru cobalt și, respectiv, 98,62% pentru litiu.
Leșierea cu ultrasunete cu acid citric organic (C6H8O7·H2O) are ca rezultat recuperări foarte ridicate de cupru și litiu, obținându-se 96% cupru și aproape 100% litiu din bateriile Li-ion uzate.

Simplu și sigur: extinderea la scară cu ultrasunete de la testele de fezabilitate la reciclarea industrială

Echipamentele cu ultrasunete de înaltă performanță pentru reciclarea bateriilor Li-ion sunt disponibile imediat pentru instalare de masă, pilot și industrială. Deoarece separarea catodului cu ultrasunete și leșierea cu ultrasunete a mineralelor din bateriile uzate sunt deja procese consacrate, parcursul de la primele încercări și optimizarea în funcție de cerințele dumneavoastră specifice de proces până la instalarea unui sistem cu ultrasunete complet industrial de separare și/sau leșiere este rapid și simplu.
Citiți mai multe despre avantajele leșierii cu ultrasunete pentru reciclarea durabilă a bateriilor și mineritul urban!

Ultrasonicatoare de înaltă performanță pentru reciclarea bateriilor

Hielscher Ultrasonics furnizează ultrasonicatoare de înaltă performanță de orice dimensiune și capacitate. Cu UIP16000 (16kW), Hielscher produce cel mai puternic procesor cu ultrasunete din lume. UIP16000, precum și toate celelalte sisteme industriale cu ultrasunete pot fi grupate cu ușurință în clustere pentru a atinge capacitatea de procesare necesară. Toate ultrasonicatoarele Hielscher sunt construite pentru funcționare 24/7 la sarcină maximă și în medii solicitante.
Procesoarele industriale cu ultrasunete Hielscher Ultrasonics pot furniza amplitudini foarte mari. Amplitudini de până la 200µm pot fi menținute cu ușurință în funcționare continuă 24/7. Pentru amplitudini și mai mari, sunt disponibile sonotrode ultrasonice personalizate.

Sonde ultrasonice și sono-reactoare pentru orice volum

Gama de produse Hielscher Ultrasonics acoperă întregul spectru de procesoare cu ultrasunete, de la ultrasonicatoare compacte de laborator, la sisteme de masă și pilot, până la procesoare cu ultrasunete complet industriale, cu capacitatea de a procesa încărcături de camion pe oră. Gama completă de produse ne permite să vă oferim echipamentul cu ultrasunete cel mai potrivit pentru aplicația, capacitatea de proces și obiectivele de producție ale dumneavoastră.

Amplitudini controlabile cu precizie pentru rezultate optime

Toate procesoarele cu ultrasunete Hielscher sunt controlabile cu precizie și, prin urmare, sunt cai de povară fiabili în cercetare-dezvoltare și producție. Amplitudinea este unul dintre parametrii de proces esențiali care influențează eficiența și eficacitatea reacțiilor induse sonochimic și sonomecanic. Toate procesoarele Hielscher Ultrasonics permit setarea precisă a amplitudinii. Sonotrodele și boosterele de amplitudine sunt accesorii care permit modificarea amplitudinii într-un interval și mai larg. Procesoarele industriale cu ultrasunete Hielscher pot furniza amplitudini foarte mari și pot asigura intensitatea ultrasonică necesară pentru aplicații solicitante. Amplitudini de până la 200µm pot fi menținute cu ușurință în funcționare continuă 24/7.
Setările precise ale amplitudinii și monitorizarea permanentă a parametrilor procesului ultrasonic prin intermediul unui software inteligent vă oferă posibilitatea de a separa catodul de folia de aluminiu, precum și de a leșia minerale și metale din bateriile Li-ion uzate în cele mai eficace condiții ultrasonice. Sonicare optimă pentru cea mai eficientă reciclare a bateriilor Li-ion!
Robustețea ultrasonicatoarelor Hielscher permite funcționarea 24/7 în regim intens și în medii solicitante. Acest lucru face din sonicatoarele Hielscher un instrument de lucru fiabil, care îndeplinește cerințele procesului dumneavoastră de reciclare.

Cea mai înaltă calitate – proiectat și fabricat în Germania

Ca afacere deținută și condusă de o familie, Hielscher acordă prioritate celor mai înalte standarde de calitate pentru procesoarele sale cu ultrasunete. Toate ultrasonicatoarele sunt proiectate, fabricate și testate temeinic la sediul nostru central din Teltow, lângă Berlin, Germania. Robustețea și fiabilitatea echipamentelor cu ultrasunete Hielscher le transformă într-un cal de povară în producția dumneavoastră. Funcționarea 24/7 la sarcină maximă și în medii solicitante este o caracteristică naturală a sondelor și reactoarelor cu ultrasunete de înaltă performanță Hielscher.

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație privind capacitatea aproximativă de procesare a ultrasonicatoarelor noastre:

Informații utile

Ce sunt bateriile litiu-ion?

O baterie litiu-ion, numită și baterie Li-ion, este un tip de baterie reîncărcabilă. În comparație cu bateriile pe bază de plumb și nichel, dispozitivele litiu-ion utilizează un catod, un anod și un electrolit drept conductor.
Ca toate bateriile, bateriile Li-ion stochează energie chimică, care este apoi convertită în energie electrică pentru a furniza o sarcină electrică statică pentru alimentare.
Bateriile litiu-ion sunt utilizate frecvent pentru electronice portabile, precum laptopuri și smartphone-uri, precum și pentru vehicule electrice. Aplicarea bateriilor Li-ion suscită, de asemenea, un interes crescând din partea sectorului militar și a companiilor aerospațiale.