Ultrazvuk zefektívňuje recykláciu lítium-iónových batérií

Lítium je vzácny a veľmi cenný materiál prítomný vo vysokovýkonných batériách, ako sú lítium-iónové batérie. Lítium je najcennejším materiálom, ktorý sa zhodnocuje pri recyklácii lítium-iónových batérií, ale aj iné minerály a kovy ako kobalt, mangán, nikel, meď a hliník sú cenné kovy na zhodnocovanie. Ultrazvuk s vysokou intenzitou sa používa ako technika miešania a lúhovania pri vysokom šmyku na extrakciu, odstraňovanie a rozpúšťanie cenných minerálov a kovov z vybitých batérií. Metóda sonikácie je vysoko účinná, energeticky účinná a je ľahko dostupná na inštaláciu v plne komerčných recyklačných zariadeniach.

Prehľad: Proces recyklácie lítium-iónových batérií

Proces recyklácie drahých kovov a materiálov z použitých lítium-iónových batérií zvyčajne zahŕňa niekoľko krokov. Tu je všeobecný prehľad:

1. Zber a triedenie: Použité lítium-iónové batérie sa zhromažďujú a triedia podľa ich typov a chemických látok.
2. Demontáž: Najskôr sa rozbije a odstráni plastový kryt batérie. Potom sa nahá batéria vloží do tekutého dusíka, aby sa neutralizovali reaktívne, výbušné látky. Tento krok zaisťuje, že sa zabráni náhlemu uvoľneniu všetkej uloženej energie a následnému vznieteniu a výbuchu s tým spojenému. Potom sa batérie rozoberú, aby sa oddelili rôzne komponenty, ako je katóda, anóda, elektrolyt a kryt.
3. Drvenie: Demontované batérie sa rozdrvia na menšie kúsky, aby sa zväčšila plocha pre následné procesy.
4. Delaminácia elektród: Pred úpravou extrakciou kovov je potrebné izolované elektródy, t. j. katódu a anódu, ďalej rozobrať. Keďže katódový materiál je vo všeobecnosti prilepený k hliníkovej fólii spojivom, bežne polyvinylidénfluoridom (PVDF) alebo polytetrafluóretylénom (PTFE), je ťažké odstrániť katódu a hliníkovú fóliu od seba.
5. Chemické ošetrenie: Skartované komponenty batérie prechádzajú rôznymi chemickými úpravami, aby sa rozpustili a oddelili rôzne materiály. To môže zahŕňať lúhovanie kyselinou alebo inými rozpúšťadlami na extrakciu cenných kovov, ako je lítium, kobalt, nikel a meď.
6. Regenerácia a čistenie: Rozpustené kovy sa potom z roztoku získajú procesmi, ako je zrážanie, extrakcia rozpúšťadlom alebo elektrochemické metódy. Tieto kroky pomáhajú čistiť a koncentrovať drahé kovy.

Obnova drahých kovov vylepšená sonikáciou

Výkonový ultrazvuk môže zlepšiť kroky delaminácie elektród a lúhovania drahých kovov a materiálov zintenzívnením reakcií, čím sa proces obnovy výrazne zefektívni. Ultrazvuk, je to technika, ktorá využíva ultrazvukové vlny s vysokou intenzitou na vytváranie mechanických vibrácií a akustickej kavitácie v kvapalnom médiu. Silné sily ultrazvuku sa používajú na zlepšenie procesu recyklácie drahých kovov z použitých lítium-iónových batérií niekoľkými spôsobmi:
 

1. Rozpad: Ultrazvuk rozkladá rozdrvené materiály batérie, takže sa vytvárajú menšie častice. Menšie častice ponúkajú väčší povrch, vďaka čomu je chemické lúhovanie efektívnejšie a pomáha pri uvoľňovaní cenných kovov.
2. Vylepšené lúhovanie: Aplikácia ultrazvuku počas procesov lúhovania môže zlepšiť kontakt medzi pevným materiálom a lúhovacím roztokom, čím sa zvýši účinnosť extrakcie kovov. Ultrazvukové lúhovanie podporuje extrakciu kovov a zvyšuje výťažnosť získaných kovov a minerálov, ako je kobalt, mangán, nikel, meď a hliník.
3. Vylepšená delaminácia elektród: Cieľom delaminácie elektród počas recyklácie batérií je oddeliť rôzne komponenty, ako sú elektródy, elektrolyty a separátory, aby sa mohli ďalej spracovávať alebo recyklovať jednotlivo. Ultrazvuk pomáha pri oddeľovaní a odstraňovaní povlakov z elektródy. Sonomechanické sily podporujú efektívne oddelenie vrstiev elektród.
4. Zrýchlené reakcie: Ultrazvuk podporuje rýchlejšie a dôkladnejšie miešanie, čo môže urýchliť chemické reakcie počas krokov regenerácie a čistenia kovov.
5. Znížená spotreba energie: Ultrazvuk môže zvýšiť efektivitu procesu a skrátiť čas a energiu potrebnú na regeneráciu kovu z použitých batérií.

 
Ultrazvuk môže zohrávať priaznivú úlohu pri zlepšovaní procesu recyklácie drahých kovov a materiálov z použitých lítium-iónových batérií zvýšením účinnosti a efektívnosti rôznych krokov zapojených do procesu recyklácie.
Procesné kroky ultrazvukového lúhovania kovov a delaminácie elektród je možné prispôsobiť jednotlivým recyklačným procesom, ktoré sa môžu líšiť, pretože spoločnosti špecializujúce sa na recykláciu lítium-iónových batérií vyvíjajú a upravujú svoje procesy s najvyššou účinnosťou.

Ultrazvuková kavitácia pre katódovú separáciu

Ultrazvuk oddeľuje katódové materiály od hliníkovej fólie účinkami akustické kavitácie. Akustická alebo ultrazvuková kavitácia je určená lokálne sa vyskytujúcimi vysokými tlakmi, vysokými teplotami a ich následnými poklesmi, čo má za následok príslušné tlakové a teplotné rozdiely, ako aj intenzívne mikroturbulencie a vysokošmykové mikroprúdy. Tieto kavitačné sily ovplyvňujú povrchové hranice, podporujú prenos hmoty a spôsobujú eróziu. Ultrazvuková kavitácia, ktorá vytvára také intenzívne sily chemickej, fyzikálnej, tepelnej a mechanickej povahy, vytvára potrebné miešanie a prenos hmoty na rozbitie štruktúry organického spojiva používanej v lítium-iónových batériách na upevnenie katódy na kolektor / hliníkovú fóliu.
Zatiaľ čo mechanické miešanie, ako je samotné miešanie, nie je dostatočné na efektívne oddelenie katódového materiálu od hliníkovej fólie, ultrazvuk s vysokou intenzitou poskytuje potrebnú sonochemickú a sonomechanickú energiu na úplné odstránenie katódového materiálu z kolektorov. Na rozdiel od mechanického miešania vytvára ultrazvuková kavitácia intenzívne turbulencie, lokálne vysoké teploty a tlaky, ako aj miešanie, prúdenie a prúdy kvapaliny, ktoré rozbíjajú spojivo, napr. PVDF alebo PTFE, ktoré spájajú katódu s Al fóliou a erodujú povrch katódovej aj Al fólie. Tým je spojivo medzi oboma materiálmi správne zničené a katóda a hliníková fólia sú účinne oddelené.
Napríklad ultrazvuková separácia má za následok vysokú účinnosť odstránenia katódy 99 % pomocou N-metyl-2-pyrolidónu (NMP) ako rozpúšťadla pri 70 °C (ultrazvukový výkon 240 W a doba ultrazvukového spracovania 90 minút). Pretože ultrazvuková katódová separácia rovnomerne rozptyľuje materiál a zabraňuje väčším aglomerátom, uľahčuje sa následný proces lúhovania kovov.
Prečítajte si viac o ultrazvukovej delaminácii elektród s cieľom získať aktívne materiály a fólie kolektorov prúdu!

Ultrazvukové lúhovanie minerálov

Vyššie opísané ultrazvukové kavitačné účinky podporujú aj vylúhovanie kovov z použitých batérií. Ultrazvuk s vysokou intenzitou sa používa nielen na regeneráciu minerálov pri recyklácii batérií, ale často sa používa aj pri hydrometalurgii a lúhovaní vzácnych rúd (napr. pri ťažbe hlušiny). Vysoké lokalizované teploty, tlaky a šmykové sily zintenzívňujú lúhovanie kovov a výrazne zvyšujú účinnosť lúhovania. Zatiaľ čo v kavitačných horúcich miestach sa vyskytujú lokalizované veľmi extrémne teploty až do 1000 K, celkové podmienky lúhovania vyžadujú len miernu teplotu cca 50-60°C. Vďaka tomu je ultrazvukové získavanie kovov energeticky efektívne a ekonomické.
Ultrazvukové lúhovanie minerálov z použitých lítium-iónových batérií sa vyznačuje vysokou mierou výťažnosti a účinnosťou. Napríklad kyselina sírová (H2SO4) sa úspešne použila ako lúhovacie činidlo v prítomnosti peroxidu vodíka (H2O2) počas ultrazvukového získavania minerálov z katódy. Ultrazvukové lúhovanie kyselinou sírovou viedlo k miere výťažnosti 94,63 % pre kobalt a 98,62 % pre lítium.
Ultrazvukové lúhovanie organickou kyselinou citrónovou (C6H8O7· H2O) má za následok veľmi vysokú výťažnosť medi a lítia, pričom sa získa 96 % medi a takmer 100 % lítia z použitých lítium-iónových batérií.

Jednoduché a bezpečné: Ultrazvukové škálovanie od testov uskutočniteľnosti až po priemyselnú recykláciu

Vysokovýkonné ultrazvukové zariadenie na recykláciu lítium-iónových batérií je ľahko dostupné pre stolovú, pilotnú a priemyselnú inštaláciu. Keďže ultrazvuková katódová separácia a ultrazvukové lúhovanie minerálov z použitých batérií sú už zavedené procesy, proces od prvých skúšok, optimalizácia podľa vašich špecifických procesných požiadaviek a inštalácia plne priemyselného ultrazvukového separačného a/alebo lúhovacieho systému je rýchly a jednoduchý.
Prečítajte si viac o výhodách ultrazvukového lúhovania pre udržateľnú recykláciu batérií a mestskú ťažbu!

Vysoko výkonné ultrazvukové prístroje na recykláciu batérií

Spoločnosť Hielscher Ultrasonics dodáva vysokovýkonné ultrazvukové prístroje akejkoľvek veľkosti a kapacity. S UIP16000 (16 kW) vyrába spoločnosť Hielscher najvýkonnejší ultrazvukový procesor na svete. UIP16000 ako aj všetky ostatné priemyselné ultrazvukové systémy je možné ľahko zoskupiť na požadovanú kapacitu spracovania. Všetky ultrazvukové prístroje Hielscher sú skonštruované pre prevádzku 24 hodín denne, 7 dní v týždni pri plnom zaťažení a v náročných prostrediach.
Hielscher Ultrasonics’ Priemyselné ultrazvukové procesory môžu poskytovať veľmi vysoké amplitúdy. Amplitúdy až 200 μm je možné ľahko nepretržite prevádzkovať v prevádzke 24 hodín denne, 7 dní v týždni. Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii prispôsobené ultrazvukové sonotródy.

Ultrazvukové sondy a sonoreaktory pre akýkoľvek objem

Sortiment produktov Hielscher Ultrasonics pokrýva celé spektrum ultrazvukových procesorov od kompaktných laboratórnych ultrazvukových procesorov cez stolové a pilotné systémy až po plne priemyselné ultrazvukové procesory s kapacitou spracovať nákladné vozidlá za hodinu. Kompletný sortiment nám umožňuje ponúknuť vám najvhodnejšie ultrazvukové zariadenie pre vašu aplikáciu, kapacitu procesu a výrobné ciele.

Presne regulovateľné amplitúdy pre optimálne výsledky

Všetky ultrazvukové procesory Hielscher sú presne ovládateľné, a tým aj spoľahlivé pracovné kone v R&D a výroba. Amplitúda je jedným z kľúčových procesných parametrov, ktoré ovplyvňujú účinnosť a účinnosť sonochemicky a sonomechanicky indukovaných reakcií. Všetky ultrazvuky Hielscher’ Procesory umožňujú presné nastavenie amplitúdy. Sonotródy a posilňovacie klaksóny sú príslušenstvo, ktoré umožňuje upraviť amplitúdu v ešte širšom rozsahu. Priemyselné ultrazvukové procesory spoločnosti Hielscher môžu poskytovať veľmi vysoké amplitúdy a požadovanú intenzitu ultrazvuku pre náročné aplikácie. Amplitúdy až 200 μm je možné ľahko nepretržite prevádzkovať v prevádzke 24 hodín denne, 7 dní v týždni.
Presné nastavenie amplitúdy a trvalé monitorovanie parametrov ultrazvukového procesu pomocou inteligentného softvéru vám dávajú možnosť oddeliť katódu od hliníkovej fólie, ako aj vylúhovať minerály a kovy z použitých lítium-iónových batérií za najúčinnejších ultrazvukových podmienok. Optimálna sonikácia pre najefektívnejšiu recykláciu lítium-iónových batérií!
Robustnosť hydraulických prístrojov Hielscher umožňuje prevádzku 24 hodín denne, 7 dní v týždni pri náročných nákladoch a v náročných prostrediach. Vďaka tomu sú sonikátory Hielscher spoľahlivým pracovným nástrojom, ktorý spĺňa vaše požiadavky na recyklačný proces.

Najvyššia kvalita – Navrhnuté a vyrobené v Nemecku

Ako rodinný a rodinný podnik uprednostňuje spoločnosť Hielscher pre svoje ultrazvukové procesory najvyššie štandardy kvality. Všetky ultrazvukové prístroje sú navrhnuté, vyrobené a dôkladne testované v našej centrále v Teltowe neďaleko Berlína v Nemecku. Robustnosť a spoľahlivosť ultrazvukového zariadenia Hielscher z neho robí ťažného koňa vo vašej výrobe. Prevádzka 24 hodín denne, 7 dní v týždni pri plnom zaťažení a v náročných prostrediach je prirodzenou charakteristikou vysokovýkonných ultrazvukových sond a reaktorov spoločnosti Hielscher.

Nasledujúca tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov:

Fakty, ktoré stoja za to vedieť

Čo sú lítium-iónové batérie?

Lítium-iónová batéria, tiež Li-ion batéria, je typ nabíjateľnej batérie. V porovnaní s batériami na báze olova a niklu používajú lítium-iónové zariadenia ako vodič katódu, anódu a elektrolyt.
Ako všetky batérie, aj lítium-iónové batérie ukladajú chemickú energiu, ktorá sa potom premieňa na elektrickú energiu, aby poskytla statický elektrický náboj na energiu.
Lítium-iónové batérie sa bežne používajú pre prenosnú elektroniku, ako sú notebooky, smartfóny, ako aj elektrické vozidlá. Aplikácia lítium-iónových batérií vyvoláva aj rastúci záujem vojenských a leteckých spoločností.