Ультразвуковая технология Хильшера

Ультразвуковая переработка литиево-ионных батарей

  • Литий-ионные батареи, используемые в электромобилях, только сейчас выходят на массовый рынок, и вместе с этим необходимо развивать мощности по переработке.
  • Ультразвуковое выщелачивание является эффективным, экологически чистым методом для извлечения металлов, таких как Li, Mg, Co, Ni и т. Д. Из отработанных литий-ионных батарей.
  • Промышленные ультразвуковые системы Hielscher для выщелачивания являются надежными и надежными и могут быть легко интегрированы в существующие установки по переработке.

Утилизация литий-ионных батарей

Литий-ионные аккумуляторы широко используются в электромобилях (EV), ноутбуках и сотовых телефонах. Это означает, что отработанные литий-ионные аккумуляторы являются текущей проблемой в области обращения с отходами и переработки отходов. Батареи являются основным драйвером затрат для EVs, и их утилизация является дорогостоящим, тоже. Экологические и экономичными аспектами подталкивают к замкнутой петле переработки, так как отходы батареи содержат ценные материалы и помогают уменьшить углеродный след производства литий-ионных батарей.
Утилизация литий-ионных батарей растет в процветающем промышленном секторе, чтобы обеспечить будущую доступность редкоземельных металлов и других компонентов батареи и снизить экологические издержки добычи.

Промышленное ультразвуковое выщелачивание

Ультразвуковое выщелачивание и экстракция металлов могут применяться для процессов рециркуляции оксидных элементов из литиевого кобальта (например, с ноутбуков, смартфонов и т. Д.), А также сложных литий-никель-марганцево-кобальтовых батарей (например, от электромобилей).
Cavitation produced by Hielscher's UIP1000hdT with cascatrode Мощное ультразвуковое исследование хорошо известно своей способностью обрабатывать химические жидкости и суспензии для улучшения массопереноса и инициирования химических реакций.
Интенсивное воздействие ультразвуковой энергии основано на явлении акустической кавитации. Путем соединения высокомощного ультразвука с жидкостями / суспензиями переменные волны низкого давления и высокого давления в жидкостях создают небольшие вакуумные пузырьки. Небольшие вакуумные пустоты растут по различным циклам низкого давления / высокого давления до тех пор, пока они не будут сильно взрываться. Коллапсирующие вакуумные пузырьки можно рассматривать как микрореакторы, в которых температуры до 5000 К, давления до 1000 атм и скорости нагрева и охлаждения выше 10-10 происходят. Кроме того, генерируются сильные гидродинамические сдвиговые силы и струи жидкости со скоростью до 280 м / с. Эти экстремальные условия акустической кавитации создают необычные физические и химические условия в холодных жидкостях и создают благоприятную среду для химических реакций (Sonochemistry).

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

Ультразвуковой процессор 48 кВт
для требовательных применений, таких как выщелачивание металлов

Запрос информации




Обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


Ультразвуковое выщелачивание при утилизации отработанных литий-ионных батарей. (Нажмите, чтобы увеличить!)

Ультразвуковое выщелачивание металлов из отработанных батарейных отходов.

Ультразвуковая кавитация может вызывать термолиз растворов, а также образование высокоактивных радикалов и реагентов, таких как свободные радикалы, гидроксидные ионы (OH) гидрониум (H3O +) и т. Д., Которые обеспечивают чрезвычайные реактивные условия в жидкости, так что скорость реакции значительно увеличивается. Твердые вещества, такие как частицы, ускоряются жидкостными струями и измельчаются путем межчастичного столкновения и истирания, увеличивая площадь активной поверхности и тем самым перенося массы.
Большим преимуществом ультразвукового выщелачивания и извлечения металла является точное управление параметрами процесса, такими как амплитуда, давление и температура. Эти параметры позволяют точно настроить условия реакции на технологическую среду и целевой выход. Кроме того, ультразвуковое выщелачивание удаляет даже самые мелкие частицы металла из подложки, сохраняя при этом микроструктуры. Усовершенствованная регенерация металла обусловлена ​​ультразвуковым созданием высокореактивных поверхностей, повышенной скоростью реакции и улучшенным массопереносом. Процессы обработки ультразвука могут быть оптимизированы, влияя на каждый параметр и, следовательно, не только очень эффективны, но и очень энергоэффективны.
Его точный контроль параметров и энергоэффективность делают ультразвуковое выщелачивание благоприятным и превосходным методом – особенно по сравнению со сложным кислотным выщелачиванием и методами хелирования.

Ультразвуковое восстановление LiCoO2 от использованных литий-ионных аккумуляторов

Ультразвук способствует восстановительному выщелачиванию и химическому осаждению, которые используются для восстановления Li как Li2Колорадо3 и Co в виде Co (OH)2 от литий-ионных батарей.
Zhang et al. (2014) сообщают об успешном восстановлении LiCoO2 используя ультразвуковой реактор. для того, чтобы подготовить исходный раствор 600 мл, они разместили 10 г недействительного LiCoO2 порошок в стакане и добавляли 2,0 моль / л раствора LiOH, которые смешивали.
Смесь выливают в ультразвуковое облучение и запускают перемешивающее устройство, перемешивающее устройство помещают внутри реакционного сосуда. Его нагревали до 120 ° С, а затем Ультразвуковое устройство был установлен на 800 Вт, а ультразвуковой режим действия был установлен на импульсные рабочие циклы продолжительностью 5 секунд. ON / 2сек. OFF. Ультразвуковое облучение применяли в течение 6 ч, а затем реакционную смесь охлаждали до комнатной температуры. Твердый остаток промывали несколько раз деионизированной водой и сушили при 80 ° С до достижения постоянной массы. Полученный образец был собран для последующего тестирования и производства батареи. Емкость заряда в первом цикле составляет 134,2 мАч / г, а разрядная емкость - 133,5 мАч / г. Первоначальная эффективность заряда и разряда составила 99,5%. После 40 циклов разрядная емкость по-прежнему составляет 132,9 мАч / г. (Zhang et al., 2014)

Ультразвуковые регенерированные кристаллы LiCoO2. (Нажмите, чтобы увеличить!)

Использовали кристаллы LiCoO2 до (а) и после (б) ультразвуковой обработки при 120 ° С в течение 6 ч. источник: Zhang et al. 2014

Ультразвуковое выщелачивание органическими кислотами, такими как лимонная кислота, не только эффективно, но и экологически безопасно. Исследования показали, что выщелачивание Co и Li более эффективно с лимонной кислотой, чем с неорганическими кислотами H2ТАК4 и HCl. Более 96% Co и почти 100% Li были извлечены из отработанных литий-ионных батарей. Тот факт, что органические кислоты, такие как лимонная кислота и уксусная кислота, являются недорогими и биоразлагаемыми, способствует дальнейшим экономическим и экологическим преимуществам обработки ультразвуком.

Мощные промышленные ультразвуковые приборы

UIP4000hdT - Hielscher's 4kW high-performance ultrasonic system Hielscher Ultrasonics - ваш опытный поставщик высокоэффективных и надежных ультразвуковых систем, которые обеспечивают требуемую мощность для выщелачивания металлов из отходов. Для переработки литий-ионных аккумуляторов путем извлечения металлов, таких как кобальт, литий, никель и марганец, необходимы мощные и надежные ультразвуковые системы. Hielscher Ultrasonics’ таких, как UIP4000hdT (4 кВт), UIP10000 (10 кВт) а также UIP16000 (16 кВт) являются самыми мощными и надежными высокоэффективными ультразвуковыми системами на рынке. Все наши промышленные установки могут непрерывно работать с очень большими амплитудами до 200μm в 24/7. Для еще более высоких амплитуд доступны ультразвуковые ультразвуковые ультразвуки. Устойчивость ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать круглосуточно и в тяжелых условиях и в сложных условиях. Hielscher поставляет специальные сонотроды и реакторы для высоких температур, давлений и агрессивных жидкостей. Это делает наши промышленные ультразвуковые приборы наиболее подходящими для методов экстракционной металлургии, например, гидрометаллургических обработок.

В приведенной ниже таблице приведена приблизительная производительность наших ультразвуковых аппаратов:

Объем партии Скорость потока Рекомендуемые устройства
0.1 до 20L 0.2 до 4L / мин UIP2000hdT
От 10 до 100 литров От 2 до 10 л / мин UIP4000
не доступно От 10 до 100 л / мин UIP16000
не доступно больше кластер UIP16000

Свяжитесь с нами! / Спросите нас!

Пожалуйста, используйте форму ниже, если вы хотите запросить дополнительную информацию о ультразвуковой гомогенизации. Мы будем рады предложить Вам ультразвуковые системы, отвечающей вашим требованиям.









Пожалуйста, обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


Литература / Ссылки

  • Golmohammadzadeh R., Rashchi F., Vahidi E. (2017): Восстановление лития и кобальта из отработанных литий-ионных батарей с использованием органических кислот: оптимизация процессов и кинетические аспекты. Управление отходами 64, 2017. 244-254.
  • Шин С.-М .; Lee D.-W .; Wang J.-P. (2018): Изготовление наносимого никелем порошка из LiNiO2 от использованной литий-ионной батареи. Металлы 8, 2018.
  • Zhang Z., He W., Li G., Xia J., Hu H., Huang J. (2014): Гидротермальное восстановление LiCoO с помощью ультразвука2 от катода отработанных литий-ионных батарей. Int. J. Electrochem. Sci., 9 (2014). 3691-3700.
  • Zhang Z., He W., Li G., Xia J., Hu H., Huang J., Shengbo Z. (2014): Восстановление оксида лития из оксида кобальта из катода отработавших литий-ионных батарей. ECS Electrochemistry Letters, 3 (6), 2014. A58-A61.


Полезные сведения

Литий-ионные батареи

Литий-ионные батареи (LIB) - это коллективный термин для (перезаряжаемых) батарей, которые обеспечивают высокую плотность энергии и часто интегрируются в бытовую электронику, такую ​​как электронные автомобили, гибридные автомобили, ноутбуки, сотовые телефоны, iPod и т. Д. По сравнению с другие варианты перезаряжаемых батарей с аналогичным размером и емкостью, LIB значительно легче.
В отличие от одноразовой литиевой первичной батареи, LIB использует интеркалированное соединение лития вместо металлического лития в качестве своего электрода. Основными составляющими литий-ионной батареи являются ее электроды – анод и катод – и электролит.
Большинство клеток имеют общие компоненты с точки зрения электролита, сепаратора, фольги и оболочки. Основное различие между клеточными технологиями - это материал, используемый в качестве “активные материалы” таких как катод и анод. Графит является наиболее часто используемым материалом в качестве анода, в то время как катод выполнен из слоистого LiMO2 (M = Mn, Co и Ni), шпинель LiMn2О4, или оливином LiFePO4, Электролиты органического жидкого электролита (например, соль LiPF6, растворенные в смеси органических растворителей, таких как этиленкарбонат (ЕС), диметилкарбонат (DMC), диэтилкарбонат (DEC), этилметилкарбонат (EMC) и т. Д.), Позволяют ионного движения.
В зависимости от положительных (катодных) и отрицательных (анодных) материалов электродов плотность энергии и напряжение LIB меняются соответственно.
При использовании в электромобилях часто используется аккумулятор электромобиля (EVB) или тяговый аккумулятор. Такие тяговые батареи используются в вилочных погрузчиках, электрических тележках для гольфа, напольных скрубберах, электрических мотоциклах, электромобилях, грузовиках, фургонах и других электромобилях.

Переработка металла из отработанных литий-ионных батарей

По сравнению с другими типами батарей, которые часто содержат свинец или кадмий, литий-ионные батареи содержат менее токсичные металлы и поэтому считаются экологически чистыми. Тем не менее, огромное количество отработанных литий-ионных батарей, которые придется утилизировать в качестве отработанных батарей от электромобилей, представляет собой проблему с отходами. Поэтому необходим замкнутый цикл рециркуляции литий-ионных батарей. С экономической точки зрения металлические элементы, такие как железо, медь, никель, кобальт и литий, могут быть извлечены и повторно использованы при производстве новых батарей. Утилизация может также предотвратить будущий дефицит.
Хотя на рынок выходят батареи с более высоким зарядом никеля, невозможно производить батареи без кобальта. Чем выше содержание никеля, тем выше стоимость: при увеличенном содержании никеля стабильность батареи уменьшается и, следовательно, уменьшается ее срок службы и способность быстрой зарядки.

Растущий спрос на литий-ионные батареи. Источник: Deutsche Bank

Растущий спрос на литий-ионные батареи требует увеличения объемов переработки для отработанных батарей.

Процесс переработки

Батареи электромобилей, таких как родстер Tesla Roadster, имеют приблизительный срок службы 10 лет.
Утилизация истощенных литий-ионных батарей является сложным процессом, поскольку задействованы высоковольтные и опасные химические вещества, которые сопряжены с опасностью термического утечки, поражения электрическим током и выброса опасных веществ.
Чтобы установить рециркуляцию замкнутого цикла, каждая химическая связь и все элементы должны быть разделены на отдельные фракции. Однако энергия, требуемая для такой замкнутой рециркуляции, очень дорога. Наиболее ценными материалами для извлечения являются металлы, такие как Ni, Co, Cu, Li и т. Д., Так как дорогостоящая горная промышленность и высокие рыночные цены на металлические компоненты делают экономику привлекательной.
Процесс утилизации литий-ионных аккумуляторов начинается с демонтажа и разрядки батарей. Перед открытием батареи требуется пассивация, чтобы инактивировать химикаты в батарее. Пассивация может быть достигнута путем криогенного замораживания или контролируемого окисления. В зависимости от размера батареи батареи можно демонтировать и разобрать до ячейки. После демонтажа и дробления компоненты изолируются несколькими способами (например, скрининг, просеивание, сбор рук, магнитное, мокрое и баллистическое разделение), чтобы удалить кожухи электродов, алюминий, медь и пластмассы из электродного порошка. Разделение электродных материалов необходимо для последующих процессов, например гидрометаллургической обработки.
Пиролиз
Для пиролитической обработки измельченные батареи выплавляются в печи, где известняк добавляют в качестве шлакообразующего агента.

Гидротермальные процессы
Гидрометаллургическая обработка основана на кислотных реакциях для осаждения солей в виде металлов. Типичные гидрометаллургические процессы включают выщелачивание, осаждение, ионный обмен, экстракцию растворителем и электролиз водных растворов.
Преимуществом гидротермической переработки является высокий выход извлечения + 95% Ni и Co в виде солей, + 90% Li могут осаждаться, а остальная часть может быть восстановлена ​​до + 80%.

Особенно кобальт является критическим компонентом в катодах с литиево-ионным аккумулятором для применения в высоких энергиях и мощности.
В современных гибридных автомобилях, таких как Toyota Prius, используются никель-металлогидридные батареи, которые демонтируются, разряжаются и перерабатываются аналогично литий-ионным батареям.

Hielscher Ultrasonics производит высокопроизводительные ультразвуковые приборы.

Мощная обработка ультразвуком от лаборатории и настольного компьютера до промышленного производства.