Hielscher Ultrazvukové technológie

Ultrazvuk na recykláciu lítium-iónových batérií

  • Lítium-iónové batérie, ktoré sa používajú v elektrických vozidlách, práve prichádzajú na masový trh a spolu s nimi musia byť vyvinuté kapacity na recykláciu.
  • Ultrazvukové vylúhovanie je účinná a ekologická metóda, ktorá umožňuje získať kovy ako Li, Mg, Co, Ni atď. Z vyčerpaných lítium-iónových batérií.
  • Hielscher priemyselné ultrazvukové systémy pre aplikácie s lúhovaním sú spoľahlivé a robustné a môžu byť ľahko integrované do existujúcich recyklačných zariadení.

Recyklácia lítium-iónových batérií

Lítium-iónové batérie sú široko používané v elektrických vozidiel (EV), notebooky a mobilné telefóny. To znamená, že použité lítium-iónové batérie predstavujú súčasnú výzvu týkajúcu sa nakladania s odpadom a recyklácie. Batérie sú hlavným nákladným vodičom pre EDS a ich likvidácia je tiež drahá. Environmentálne a ekonomické aspekty posúvajú uzavretú recyklačnú slučku, pretože odpad z batérií obsahuje cenné materiály a pomáha znižovať uhlíkovú stopu výroby lítium-iónových batérií.
Recyklácia lítium-iónových batérií rastie do prosperujúceho odvetvia priemyslu, aby sa zabezpečila budúca dostupnosť kovov vzácnych zemín a ďalších komponentov batérií a aby sa znížili environmentálne náklady ťažby.

Priemyselné ultrazvukové vylúhovanie

Ultrazvukové vylúhovanie a extrakcia kovov je možné použiť pri recyklácii batérií s oxidom lítnym kobaltom (napr. Z notebookov, smartfónov atď.), Ako aj z komplexných lítium niklovo-mangánovo-kobaltových batérií (napr. Z elektrických vozidiel).
Cavitation produced by Hielscher's UIP1000hdT with cascatrode Vysokovýkonný ultrazvuk je dobre známy svojou schopnosťou spracovávať chemické kvapaliny a kaše s cieľom zlepšiť prenos hmoty a iniciovať chemické reakcie.
Intenzívne účinky ultrazvuku s výkonom sú založené na fenoméne akustickej kavitácie. Spojením ultrazvuku s vysokým výkonom do kvapalín / kalov vytvárajú striedavé nízkotlakové a vysokotlakové vlny v kvapalinách malé vákuové bubliny. Malé vákuové dutiny rastú cez rôzne nízkotlakové / vysokotlakové cykly, až kým implóda nenásilne. Vylúčené vákuové bubliny môžu byť považované za mikroreaktory, v ktorých teploty do 5000 K, tlaky do 1000atm a rýchlosti zahrievania a chladenia nad 10-10 nastať. Okrem toho sa vytvárajú silné hydrodynamické strihové sily a prúdy kvapalín s rýchlosťou až 280 m / s. Tieto extrémne podmienky akustickej kavitácie vytvárajú mimoriadne fyzikálne a chemické podmienky v inak studených kvapalinách a vytvárajú prospešné prostredie pre chemické reakcie (Sonochemistry).

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

48kW ultrazvukový procesor
pre náročné aplikácie, ako je vylúhovanie kovov

Žiadosť o informácie





Ultrazvukové vylúhovanie pri recyklácii vyhorených lítium-iónových batérií. (Klikni na zväčšenie!)

Ultrazvukové vylúhovanie kovov z odpadu vyčerpaného akumulátora.

Ultrazvukovo generovaná kavitácia môže indukovať termolýzu rozpustených látok, ako aj tvorbu vysoko reaktívnych radikálov a činidiel, ako sú voľné radikály, hydroxidové ióny (• OH), hydrónium (H3O +) atď., Ktoré poskytujú mimoriadne reakčné podmienky v kvapaline tak, že reakčná rýchlosť je výrazne zvýšená. Tuhé látky, ako sú častice, sú urýchlené kvapalinovými tryskami a sú rozomleté ​​interpartikulárnou kolíziou a odieraním, ktoré zvyšujú aktívnu povrchovú plochu a tým prenášajú hmoty.
Veľkou výhodou ultrazvukového vylúhovania a zužitkovania kovov je presná kontrola parametrov procesu, ako je amplitúda, tlak a teplota. Tieto parametre umožňujú nastaviť reakčné podmienky presne na procesné médium a cieľový výstup. Okrem toho ultrazvukové vylúhovanie odstraňuje aj najmenšie kovové častice zo substrátu pri zachovaní mikroštruktúr. Vylepšené zotavenie kovu je spôsobené ultrazvukovým vytváraním vysoko reaktívnych povrchov, zvýšenými reakčnými rýchlosťami a lepšou hromadnou dopravou. Sonication procesy môžu byť optimalizované ovplyvňovaním každého parametra a sú preto nielen veľmi účinné, ale aj vysoko energeticky účinné.
Jeho presná kontrola parametrov a energetická účinnosť robia ultrazvukovým lúhovaním priaznivou a vynikajúcou technikou – najmä v porovnaní so zložitými kyselinovými lúhovanými a chelatačnými technikami.

Ultrazvukové zotavenie LiCoO2 z vyčerpaných lítium-iónových batérií

Ultrazvuku pomáha redukčné vylúhovanie a chemické zrážky, ktoré sa používajú na obnovu Li ako Li2CO3 a Co ako Co (OH)2 z odpadových lítium-iónových batérií.
Zhang a kol. (2014) nahlásia úspešné oživenie LiCoO2 pomocou ultrazvukového reaktora. na prípravu východiskového roztoku 600 ml, umiestnili 10 g neplatného LiCoO2 prášku v kadičke a pridali sa 2,0 mol / l roztoku LiOH, ktoré sa zmiešali.
Zmes sa vyliala do ultrazvukového ožiarenia a miešadlo začalo, miešacie zariadenie bolo umiestnené do vnútra reakčnej nádoby. To sa ohrialo na 120 ° C a potom ultrazvukový prístroj bol nastavený na 800 W a ultrazvukový režim pôsobenia bol nastavený na impulzné cykly cyklu 5 sekúnd. ON / 2 sek. OFF. Ultrazvukové ožarovanie sa aplikuje počas 6 hodín a potom sa reakčná zmes ochladí na teplotu miestnosti. Pevný zvyšok bol niekoľkokrát premytý deionizovanou vodou a sušený pri 80 ° C až do konštantnej hmotnosti. Získaná vzorka sa zhromaždila na následné testovanie a výrobu batérií. Kapacita nabíjania v prvom cykle je 134,2mAh / g a výstupná kapacita je 133,5mAh / g. Prvý čas nabíjania a vybíjania bol 99,5%. Po 40 cykloch je vypúšťacia kapacita stále 132,9mAh / g. (Zhang et al., 2014)

Ultrazvukovo izolované kryštály LiCoO2. (Klikni na zväčšenie!)

Použité kryštály LiCoO2 pred (a) a po (b) ultrazvukovom ošetrení pri 120 ° C počas 6 hodín. zdroj: Zhang a kol. 2014

Ultrazvukové vylúhovanie organickými kyselinami, ako je kyselina citrónová, je nielen efektívna, ale aj šetrná k životnému prostrediu. Výskum zistil, že vylúhovanie Co a Li je účinnejšie pri použití kyseliny citrónovej ako pri anorganických kyselinách H2Takže4 a HCl. Viac ako 96% CO a takmer 100% Li bolo získaných z vynaložených lítium-iónových batérií. Skutočnosť, že organické kyseliny, ako kyselina citrónová a kyselina octová sú lacné a biologicky odbúrateľné, prispieva k ďalším hospodárskym a environmentálnym výhodám sonikácie.

Vysokovýkonná priemyselná ultrazvuk

UIP4000hdT - Hielscher's 4kW high-performance ultrasonic system Hielscher Ultrasonics je dlhoročným skúseným dodávateľom vysoko účinných a spoľahlivých ultrazvukových systémov, ktoré dodávajú potrebnú silu na vylúhovanie kovov z odpadových materiálov. S cieľom opätovného spracovania liónových batérií extrakciou kovov, ako sú kobalt, lítium, nikel a mangán, sú nevyhnutné silné a robustné ultrazvukové systémy. Hielscher Ultrasonics’ priemyselné jednotky ako napr UIP4000hdT (4kW), UIP10000 (10 kW) a UIP16000 (16kW) sú najsilnejšie a robustnejšie vysokovýkonné ultrazvukové systémy na trhu. Všetky naše priemyselné jednotky môžu byť nepretržite bežiace s veľmi vysokými amplitúdami až do 200μm v 24/7 prevádzke. Pre ešte väčšie amplitúdy sú k dispozícii upravené ultrazvukové sonotródy. Robustnosť ultrazvukových zariadení firmy Hielscher umožňuje prevádzku 24 hodín denne 7 dní v týždni v náročných a náročných podmienkach. Hielscher dodáva špeciálne sonotrody a reaktory pre vysoké teploty, tlaky a korozívne kvapaliny. To robí naše priemyselné ultrazvukové zariadenia najvhodnejšie pre ťažobné metalurgické techniky, napr. Hydrometalurgické ošetrenie.

Nasledujúca tabuľka vám uvádza približnú spracovateľskú kapacitu našich ultrazvukov:

Objem šarže prietok Odporúčané Devices
0.1 až 20L 02 až 4 l / min UIP2000hdT
10 až 100L 2 až 10 l / min UIP4000
neuv 10 až 100 l / min UIP16000
neuv väčšia strapec UIP16000

Kontaktuj nás! / Opýtajte sa nás!

Ak chcete požiadať o dodatočné informácie o homogenizácii ultrazvukom, použite nižšie uvedený formulár. Radi Vám ponúkame ultrazvukový systém spĺňajúci Vaše požiadavky.









Vezmite prosím na vedomie naše Zásady ochrany osobných údajov,


Literatúra / Referencie

  • Golmohammadzadeh R., Rashchi F., Vahidi E. (2017): Využitie lítia a kobaltu zo spotrebovaných lítium-iónových batérií s použitím organických kyselín: optimalizácia procesov a kinetické aspekty. Odpadové hospodárstvo 64, 2017, 244-254.
  • Shin S.-M .; Lee D.-W .; Wang J.-P. (2018): Výroba nikelového nanočasového prášku z LiNiO2 z vyčerpaného lítium-iónového akumulátora. Kovy 8, 2018.
  • Zhang Z., He W., Li G., Xia J., Hu H., Huang J. (2014): Ultrazvukové hydrotermálne rekonštrukcie LiCoO2 z katódy vyčerpaných lítium-iónových batérií. Int. J. Electrochem. Sci., 9 (2014). 3691-3700.
  • Zhang Z., He W., Li G., Xia J., Hu H., Huang J., Shengbo Z. (2014): Zotavenie materiálu oxidu lítneho kobaltu z katódy vyčerpaných lítium-iónových batérií. ECS Electrochemistry Letters, 3 (6), 2014. A58-A61.


Fakty stojí za to vedieť

Lítium-iónové batérie

Lítium-iónové batérie (LIB) sú kolektívne termíny pre (dobíjateľné) batérie, ktoré ponúkajú vysokú hustotu energie a sú často integrované do spotrebnej elektroniky, ako sú elektronické autá, hybridné automobily, notebooky, mobilné telefóny, iPody atď. iné varianty nabíjateľných batérií s podobnou veľkosťou a kapacitou sú LIB výrazne ľahšie.
Na rozdiel od jednorazovej lítiovej primárnej batérie používa LIB ako elektródu interkalovanú lítiovú zlúčeninu namiesto kovového lítia. Hlavnými zložkami lítium-iónovej batérie sú jej elektródy – anóda a katóda – a elektrolytu.
Väčšina buniek zdieľa spoločné komponenty z hľadiska elektrolytu, separátora, fólií a puzdra. Hlavným rozdielom medzi bunkovými technológiami je materiál používaný ako “aktívne materiály” ako je katóda a anóda. Grafit je najčastejšie používaný materiál ako anóda, zatiaľ čo katóda je vyrobená z vrstveného LiM02 (M = Mn, Co a Ni), spinel LiMn2O4, alebo olivín LiFePO4, Elektrolytové organické kvapalné elektrolyty (napr. Soľ LiPF6 rozpustená v zmesi organických rozpúšťadiel, ako je etylénkarbonát (EC), dimetylkarbonát (DMC), dietylkarbonát (DEC), etylmetylkarbonát (EMC) atď. iónového pohybu.
V závislosti od pozitívnych (katódových) a záporných (anódových) elektródových materiálov sa hustota energie a napätie LIB líšia.
Pri používaní v elektrických vozidlách sa používa často elektrická batéria vozidla (EVB) alebo trakčná batéria. Takéto trakčné batérie sa používajú v vysokozdvižných vozíkoch, elektrických golfových vozíkoch, pračkách na podlahu, elektrických motocykloch, elektrických vozidlách, nákladných automobiloch, dodávkach a iných elektrických vozidlách.

Recyklácia kovov z vyčerpaných lítium-iónových batérií

V porovnaní s inými typmi batérií, ktoré často obsahujú olovo alebo kadmium, lítium-iónové batérie obsahujú menej toxických kovov a preto sa považujú za ekologické. Avšak veľké množstvo vyčerpaných lítium-iónových batérií, ktoré budú musieť byť likvidované ako použité batérie z elektrických automobilov, predstavujú problém s odpadom. Preto je potrebná uzavretá recyklačná slučka lítium-iónových batérií. Z ekonomického hľadiska môžu byť kovové prvky, ako je železo, meď, nikel, kobalt a lítium, získané a opätovne použité pri výrobe nových batérií. Recyklácia by tiež mohla zabrániť budúcemu nedostatku.
Napriek tomu, že batérie s vyšším zaťažením niklom prichádzajú na trh, nie je možné vyrábať batérie bez kobaltu. Vyšší obsah niklu prichádza s cenou: S vyšším obsahom niklu sa stabilita batérie znižuje a tým sa znižuje jeho životnosť a schopnosť rýchleho nabíjania.

Rastúci dopyt po lítiových batériách. Zdroj: Deutsche Bank

Rastúci dopyt po lítiových batériách si vyžaduje zvýšené recyklačné kapacity pre použité batérie.

Recyklačný proces

Batérie elektrických vozidiel, ako napríklad Tesla Roadster, majú približne 10 rokov života.
Recyklácia vyčerpaných lítium-iónových batérií je náročný proces, pretože sa týka vysokého napätia a nebezpečných chemikálií, ktoré prichádzajú s rizikom tepelných únikov, úrazu elektrickým prúdom a emisií nebezpečných látok.
Na vytvorenie recyklácie uzavretej slučky musí byť každá chemická väzba a všetky prvky rozdelené na jednotlivé frakcie. Energia potrebná na takúto recykláciu uzavretých slučiek je však veľmi drahá. Najhodnotnejšími materiálmi na obnovu sú kovy ako Ni, Co, Cu, Li atď., Pretože nákladná ťažba a vysoké trhové ceny kovových súčiastok spôsobujú, že recyklácia je ekonomicky atraktívna.
Recyklačný proces lítium-iónových batérií sa začína rozobratím a vybíjaním batérií. Pred otvorením batérie je potrebná pasivácia na deaktiváciu chemikálií v batérii. Pasiváciu možno dosiahnuť kryogénnym zmrazením alebo kontrolovanou oxidáciou. V závislosti od veľkosti batérie je možné batérie demontovať a demontovať do bunky. Po demontáži a rozdrvení sú komponenty izolované niekoľkými spôsobmi (napr. Triedením, preosievaním, ručným vyberaním, magnetickým, mokrým a balistickým oddelením), aby sa z práškovej elektródy odstránili bunkové obaly, hliník, meď a plasty. Oddelenie elektródových materiálov je nevyhnutné pre následné procesy, napr. Hydrometalurgické spracovanie.
pyrolýza
Pri pyrolytickom spracovaní sú drvené batérie tavené v peci, kde sa pridá vápenec ako troska.

Hydrotermálne procesy
Hydrometalurgické spracovanie je založené na kyslých reakciách, aby sa zrazili soli ako kovy. Typické hydrometalurgické postupy zahŕňajú lúhovanie, zrážanie, iónovú výmenu, extrakciu rozpúšťadlom a elektrolýzu vodných roztokov.
Výhodou hydrotermálneho spracovania je vysoký výťažok + 95% Ni a Co ako soli, + 90% Li môže byť vyzrážané a zvyšok môže byť získaný až do + 80%.

Obzvlášť kobalt je dôležitou zložkou katódy lítium-iónovej batérie pre vysokoenergetické a energetické aplikácie.
Súčasné hybridné automobily, ako napríklad Toyota Prius, používajú batérie nikel-metal hydridové, ktoré sa demontujú, vybíjajú a recyklujú podobne ako lítium-iónové batérie.

Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové zariadenia.

Výkonná sonikácia od laboratória a laboratória až po priemyselnú výrobu.