Ultrazvok povečuje učinkovitost recikliranja litij-ionskih baterij

Litij je redka in zelo dragocena snov, prisotna v visokozmogljivih baterijah, kot so litij-ionske baterije. Litij je najdragocenejša snov, ki se pridobiva pri recikliranju litij-ionskih baterij, vendar so tudi drugi minerali in kovine, kot so kobalt, mangan, nikelj, baker in aluminij, dragocene kovine za pridobivanje. Visokointenzivna sonikacija se uporablja kot tehnika mešanja z visokimi strižnimi silami in izluževanja za ekstrakcijo, odstranjevanje in raztapljanje dragocenih mineralov in kovin iz izrabljenih baterij. Metoda sonikacije je zelo učinkovita, energijsko učinkovita in zlahka dostopna za vgradnjo v obrate za recikliranje v polnem komercialnem obsegu.

Pregled: postopek recikliranja litij-ionskih baterij

Postopek recikliranja plemenitih kovin in materialov iz izrabljenih litij-ionskih baterij običajno vključuje več korakov. Sledi splošen pregled:

1. Zbiranje in razvrščanje: Izrabljene litij-ionske baterije se zbirajo in razvrščajo glede na vrsto in kemijsko sestavo.
2. Razstavljanje: Najprej se plastični pokrov baterije razbije in odstrani. Nato se baterija brez pokrova položi v tekoči dušik, da se nevtralizirajo reaktivne, eksplozivne snovi. Ta korak zagotavlja preprečitev nenadnega sproščanja vse shranjene energije ter posledičnega vžiga in eksplozije, povezanih s tem. Nato se baterije razstavijo, da se ločijo različni sestavni deli, kot so katoda, anoda, elektrolit in ohišje.
3. Drobljenje: Razstavljene baterije se zdrobijo na manjše kose, da se poveča površina za nadaljnje postopke.
4. Delaminacija elektrod: Pred obdelavo za ekstrakcijo kovin je treba ločeni elektrodi, tj. katodo in anodo, dodatno razstaviti. Ker je katodni material običajno pritrjen na aluminijasto folijo z vezivom, pogosto s poliviniliden fluoridom (PVDF) ali politetrafluoroetilenom (PTFE), je ločevanje katode in aluminijaste folije zahtevno.
5. Kemična obdelava: Zdrobljeni sestavni deli baterij se obdelajo z različnimi kemičnimi postopki za raztapljanje in ločevanje različnih materialov. To lahko vključuje izluževanje s kislino ali drugimi topili za ekstrakcijo dragocenih kovin, kot so litij, kobalt, nikelj in baker.
6. Pridobivanje in čiščenje: Raztopljene kovine se nato pridobijo iz raztopine s postopki, kot so obarjanje, ekstrakcija s topili ali elektrokemijske metode. Ti koraki pomagajo očistiti in koncentrirati plemenite kovine.

Izboljšano pridobivanje plemenitih kovin s sonikacijo

Močnostni ultrazvok lahko izboljša koraka delaminacije elektrod in izluževanja plemenitih kovin in materialov z intenziviranjem reakcij ter tako znatno poveča učinkovitost postopka pridobivanja. Sonikacija je tehnika, ki uporablja visokointenzivne ultrazvočne valove za ustvarjanje mehanskih vibracij in akustične kavitacije v tekočem mediju. Močne sile sonikacije se uporabljajo za izboljšanje postopka recikliranja plemenitih kovin iz izrabljenih litij-ionskih baterij na več načinov:
 

1. Razgradnja: Sonikacija razgradi zdrobljene materiale baterij, tako da nastanejo manjši delci. Manjši delci imajo večjo površino, kar poveča učinkovitost kemičnega izluževanja in pripomore k sproščanju dragocenih kovin.
2. Izboljšano izluževanje: Uporaba sonikacije med postopki izluževanja lahko izboljša stik med trdnim materialom in raztopino za izluževanje ter s tem poveča učinkovitost ekstrakcije kovin. Ultrazvočno izluževanje spodbuja ekstrakcijo kovin in poveča izkoristek pridobivanja kovin in mineralov, kot so kobalt, mangan, nikelj, baker in aluminij.
3. Izboljšana delaminacija elektrod: Cilj delaminacije elektrod med recikliranjem baterij je ločiti različne sestavne dele, kot so elektrode, elektroliti in separatorji, da jih je mogoče nadalje obdelati ali reciklirati posamično. Sonikacija pomaga pri ločevanju in odstranjevanju prevlek z elektrode. Sonomehanske sile spodbujajo učinkovito ločevanje plasti elektrod.
4. Pospešene reakcije: Sonikacija spodbuja hitrejše in temeljitejše mešanje, kar lahko pospeši kemične reakcije med korakoma pridobivanja in čiščenja kovin.
5. Manjša poraba energije: Sonikacija lahko izboljša učinkovitost postopka ter zmanjša čas in energijo, potrebna za pridobivanje kovin iz izrabljenih baterij.

 
Sonikacija lahko koristno prispeva k izboljšanju postopka recikliranja plemenitih kovin in materialov iz izrabljenih litij-ionskih baterij, saj poveča uspešnost in učinkovitost različnih korakov v postopku recikliranja.
Procesna koraka ultrazvočnega izluževanja kovin in delaminacije elektrod je mogoče prilagoditi posameznim postopkom recikliranja, ki se lahko razlikujejo, saj podjetja, specializirana za recikliranje litij-ionskih baterij, razvijajo in spreminjajo svoje postopke za doseganje najvišje učinkovitosti.

Ultrazvočna kavitacija za ločevanje katode

Sonikacija ločuje katodne materiale od aluminijaste folije z učinki akustične kavitacije. Za akustično oziroma ultrazvočno kavitacijo so značilni lokalno nastajajoči visoki tlaki, visoke temperature in njihovi poznejši padci, ki povzročajo ustrezne tlačne in temperaturne razlike ter intenzivne mikroturbulence in mikrocurke z visokimi strižnimi silami. Te kavitacijske sile delujejo na meje površin, spodbujajo prenos snovi in povzročajo erozijo. Z ustvarjanjem tako intenzivnih sil kemične, fizikalne, toplotne in mehanske narave ultrazvočna kavitacija zagotavlja potrebno mešanje in prenos snovi za razgradnjo strukture organskega veziva, ki se v litij-ionskih baterijah uporablja za pritrditev katode na tokovni zbiralnik / aluminijasto folijo.
Medtem ko samo mehansko mešanje, na primer z mešalom, ne zadošča za učinkovito ločitev katodnega materiala od aluminijaste folije, visokointenzivna sonikacija zagotavlja potrebno sonokemijsko in sonomehansko energijo za popolno odstranitev katodnega materiala s tokovnih zbiralnikov. V nasprotju z mehanskim mešanjem ultrazvočna kavitacija ustvarja intenzivne turbulence, lokalno visoke temperature in tlake ter mešanje, tokove in tekočinske curke, ki razgradijo vezivo, npr. PVDF ali PTFE, ki povezuje katodo z Al-folijo, ter erodirajo površini tako katode kot Al-folije. Tako se vezivo med obema materialoma ustrezno razgradi, katoda in aluminijasta folija pa se učinkovito ločita.
Ultrazvočno ločevanje na primer doseže visoko, 99% učinkovitost odstranjevanja katode z uporabo N-metil-2-pirolidona (NMP) kot topila pri 70°C (240 W ultrazvočne moči in 90 min ultrazvočne obdelave). Ker ultrazvočno ločevanje katode enakomerno dispergira material in preprečuje nastanek večjih aglomeratov, olajša nadaljnji postopek izluževanja kovin.
Preberite več o ultrazvočni delaminaciji elektrod za pridobivanje aktivnih materialov in folij tokovnih zbiralnikov!

Ultrazvočno izluževanje mineralov

Zgoraj opisani učinki ultrazvočne kavitacije spodbujajo tudi izluževanje kovin iz izrabljenih baterij. Visokointenzivna sonikacija se ne uporablja le za pridobivanje mineralov pri recikliranju baterij, temveč pogosto tudi v hidrometalurgiji in pri izluževanju dragocenih rud (npr. rudarske jalovine). Visoke lokalne temperature, tlaki in strižne sile intenzivirajo izluževanje kovin in znatno povečajo učinkovitost izluževanja. Medtem ko na kavitacijskih vročih točkah lokalno nastajajo zelo ekstremne temperature do 1000 K, celotni pogoji izluževanja zahtevajo le zmerno temperaturo približno 50–60°C. Zato je ultrazvočno pridobivanje kovin energijsko učinkovito in ekonomično.
Za ultrazvočno izluževanje mineralov iz izrabljenih litij-ionskih baterij sta značilna visok delež pridobljenih snovi in visoka učinkovitost. Na primer, žveplova kislina (H2SO4) je bila uspešno uporabljena kot sredstvo za izluževanje v prisotnosti vodikovega peroksida (H2O2) med ultrazvočnim pridobivanjem mineralov iz katode. Ultrazvočno izluževanje z žveplovo kislino je doseglo 94,63% delež pridobljenega kobalta in 98,62% delež pridobljenega litija.
Ultrazvočno izluževanje z organsko citronsko kislino (C6H8O7·H2O) dosega zelo visoke deleže pridobljenega bakra in litija, pri čemer se iz izrabljenih litij-ionskih baterij pridobi 96% bakra in skoraj 100% litija.

Preprosto in varno: povečanje obsega ultrazvočnih postopkov od preizkusov izvedljivosti do industrijskega recikliranja

Visokozmogljiva ultrazvočna oprema za recikliranje litij-ionskih baterij je zlahka dostopna za namestitev v namizne, pilotne in industrijske sisteme. Ker sta ultrazvočno ločevanje katode in ultrazvočno izluževanje mineralov iz izrabljenih baterij že uveljavljena postopka, je pot od prvih preizkusov prek optimizacije glede na vaše posebne procesne zahteve do namestitve povsem industrijskega sistema za ultrazvočno ločevanje in/ali izluževanje hitra in preprosta.
Preberite več o prednostih ultrazvočnega izluževanja za trajnostno recikliranje baterij in urbano rudarjenje!

Visokozmogljivi sonikatorji za recikliranje baterij

Hielscher Ultrasonics dobavlja visokozmogljive sonikatorje vseh velikosti in zmogljivosti. Z UIP16000 (16kW) Hielscher izdeluje najmočnejši ultrazvočni procesor na svetu. UIP16000 in vse druge industrijske ultrazvočne sisteme je mogoče preprosto povezati v sklope za doseganje zahtevane zmogljivosti obdelave. Vsi sonikatorji Hielscher so izdelani za delovanje 24/7 pri polni obremenitvi in v zahtevnih okoljih.
Industrijski ultrazvočni procesorji Hielscher Ultrasonics lahko zagotavljajo zelo visoke amplitude. Amplitude do 200µm je mogoče brez težav neprekinjeno vzdrževati pri delovanju 24/7. Za še višje amplitude so na voljo prilagojene ultrazvočne sonotrode.

Ultrazvočne sonde in sonoreaktorji za vse prostornine

Ponudba izdelkov Hielscher Ultrasonics zajema celoten spekter ultrazvočnih procesorjev, od kompaktnih laboratorijskih sonikatorjev prek namiznih in pilotnih sistemov do povsem industrijskih ultrazvočnih procesorjev z zmogljivostjo obdelave tovornjaških količin na uro. Celovita ponudba izdelkov nam omogoča, da vam ponudimo najprimernejšo ultrazvočno opremo za vašo uporabo, zmogljivost obdelave in proizvodne cilje.

Natančno nastavljive amplitude za optimalne rezultate

Vse ultrazvočne procesorje Hielscher je mogoče natančno nadzorovati, zato so zanesljiva delovna oprema za raziskave in razvoj ter proizvodnjo. Amplituda je eden ključnih procesnih parametrov, ki vplivajo na učinkovitost in uspešnost sonokemijsko in sonomehansko sproženih reakcij. Vsi procesorji Hielscher Ultrasonics omogočajo natančno nastavitev amplitude. Sonotrode in ojačevalni rogovi so dodatki, ki omogočajo spreminjanje amplitude v še širšem območju. Industrijski ultrazvočni procesorji Hielscher lahko zagotavljajo zelo visoke amplitude in potrebno ultrazvočno intenzivnost za zahtevne aplikacije. Amplitude do 200µm je mogoče brez težav neprekinjeno vzdrževati pri delovanju 24/7.
Natančne nastavitve amplitude in stalno spremljanje ultrazvočnih procesnih parametrov s pametno programsko opremo vam omogočajo ločevanje katode od aluminijaste folije ter izluževanje mineralov in kovin iz izrabljenih litij-ionskih baterij pri najučinkovitejših ultrazvočnih pogojih. Optimalna sonikacija za najučinkovitejše recikliranje litij-ionskih baterij!
Robustnost sonikatorjev Hielscher omogoča delovanje 24/7 pri velikih obremenitvah in v zahtevnih okoljih. Zato so sonikatorji Hielscher zanesljivo delovno orodje, ki izpolnjuje zahteve vašega postopka recikliranja.

Najvišja kakovost – zasnovano in izdelano v Nemčiji

Hielscher kot podjetje v družinski lasti in z družinskim upravljanjem daje prednost najvišjim standardom kakovosti svojih ultrazvočnih procesorjev. Vsi sonikatorji so zasnovani, izdelani in temeljito preizkušeni na našem sedežu v Teltowu blizu Berlina v Nemčiji. Robustnost in zanesljivost ultrazvočne opreme Hielscher zagotavljata, da je ta zanesljiva delovna oprema v vaši proizvodnji. Delovanje 24/7 pri polni obremenitvi in v zahtevnih okoljih je naravna značilnost visokozmogljivih ultrazvočnih sond in reaktorjev Hielscher.

Spodnja preglednica prikazuje približno zmogljivost obdelave naših sonikatorjev:

Dobro je vedeti

Kaj so litij-ionske baterije?

Litij-ionska baterija, imenovana tudi Li-ion baterija, je vrsta polnilne baterije. V primerjavi z baterijami na osnovi svinca in niklja litij-ionske naprave uporabljajo katodo, anodo in elektrolit kot prevodnik.
Kot vse baterije tudi litij-ionske baterije shranjujejo kemično energijo, ki se nato pretvori v električno energijo za zagotavljanje statičnega električnega naboja za napajanje.
Litij-ionske baterije se pogosto uporabljajo v prenosnih elektronskih napravah, kot so prenosni računalniki in pametni telefoni, ter v električnih vozilih. Uporaba litij-ionskih baterij vzbuja vse večje zanimanje tudi pri vojski ter podjetjih v letalski in vesoljski industriji.