Ултразвук за рециклажу литијум-јонских батерија

  • Литијум-јонске батерије које се користе у електричним аутомобилима тек сада долазе на масовно тржиште, а уз то и капацитети рециклаже морају бити развијени.
  • Ултразвучно лужење је ефикасна техника која спречава животну средину за опоравак метала као што су Ли, Мг, Цо, Ни итд. Из потрошених Ли-ион батерија.
  • Hielscher industrijski ultrazvučni sistemi za aplikacije za lišavanje su pouzdani i robusni i mogu se lako integrisati u postojeća postrojenja za reciklažu.

Рециклирање литијум-јонских батерија

Litijum-Ion akumulatori se široko koriste u elektrovozilima (EV), laptopovima i Mobiteli. To znači da su istrošeni litijum-Ion akumulatori aktuelni izazov u pogledu upravljanja otpadom i reciklaže. Akumulatori su glavni upravljački program za EVs, a njihova rashod je skupa. Ekološki i ekonomski aspekti insistiraju na zatvorenoj reciklaži, s obzirom da kapacitet akumulatora sadrži dragocene materijale i pomaže da se smanje ugljovodni otisak litijuma-Ion akumulatora.
Рециклажа литијум-јонских батерија расте у успешном индустријском сектору како би се осигурала будућа доступност метала ретких земља и других компоненти акумулатора и смањили трошкови животне средине рударства.

Захтев за информације




Obratite pažnju na naše Правила о приватности.


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

48кВ ултразвучни процесор
за захтевне примене као што су испирање метала

Pirometallurgical and Hydrometallurgical Recycling vs Ultrasonic Battery Recycling

U nastavku upoređujemo konvencionalne metode pirometalurških i hidrometallurgičnih procesa sa ultrazvučnom tehnikom lišća u pogledu prednosti i mana.

Mane konvencionalne reciklaže baterija

Tradicionalne metode koje se koriste za reciklažu litijum-jonskih baterija uključuju pirometalurške i hidrometallurgične procese.
 
Pirometalurške metode podrazumevaju procese visoke temperature kao što su topljenje ili spaljivanje. Baterije su podvrgnute ekstremnoj toploti, što dovodi do pregorevanja organskih komponenti, a preostale metalik komponente se tope i odvajaju. Međutim, ove metode imaju neke nedostatke:

  • Uticaj na životnu sredinu: Pirometalurški procesi oslobađaju štetne emisije i zagađivače u atmosferu, doprinoseći zagađenju vazduha i potencijalno izazivajući opasnosti po zdravlje.
  • Gubitak materijala: Procesi visoke temperature mogu rezultirati gubitkom vrednih materijala i metala usled toplotne degradacije, smanjujući ukupnu stopu oporavka.
  • Energetski intenzivni: Ove metode obično zahtevaju značajan unos energije, što povećava operativne troškove i ekološki otisak.

 
Hidrometallurgične metode podrazumeva hemijsko curenje kako bi se rastvorili komponente baterije i izvukli vredni metali. Iako ekološki prihvatljivija od pirometalurških metoda, hidrometallurgija ima svoje mane:

  • Upotreba hemikalija: Jake kiseline ili druge korozivne hemikalije potrebne su za curenje, što izaziva zabrinutost u pogledu hemijskog rukovanja, upravljanja otpadom i potencijalne kontaminacije životne sredine.
  • Izazovi ekskluzivnosti: Postizanje selektivnog lišća željenih metala može biti teško, što dovodi do nižih stopa oporavka i potencijalnog gubitka vrednih resursa.

 

Prednosti ultrazvučnog lizanja baterije nad konvencionalnim tehnikama

U poređenju sa oba, pirometalurška i hidrometallurgična tehnika reciklaže, ultrazvučna tehnika reciklaže baterija nadmašuje se zbog različitih prednosti:

  1. Poboljšana efikasnost: Ultrazvučna sonicija može da ubrza analizu akumulatorskih materijala, što rezultira kraćim vremenom obrade i većom ukupnom efikasnošću.
  2. Poboljšane stope oporavka: Kontrolisana primena ultrazvučne kavitacije pospešuje analizu komponenti baterije, povećavajući stopu oporavka vrednih metala.
  3. Ekološki prihvatljivo: Ultrazvučna reciklaža smanjuje oslanjanje na visoke temperature i surove hemikalije, minimizirajući uticaj na životnu sredinu i snižavajući emisiju zagađivača.
  4. Selektivno lišavanje: Kontrolisana primena ultrazvuka omogućava ciljano prekidanje određenih komponenti unutar baterije, odvajajući ih efikasno. Pošto se različita jedinjenja baterije koja se mogu reciklirati uklanjaju rastvorena pod specifičnim ultrazvučnim intenzitetom, optimizovani parametri obrade omogućavaju selektivno lizanje pojedinačnih materijala. To olakšava efikasno odvajanje vrednih metala i materijala.
  5. Smanjena potrošnja energije: U poređenju sa oba, hidrometallurgičnim, a naročito pirometalurškim metodama, ultrazvučna reciklaža je generalno energetski efikasnija, što dovodi do nižih operativnih troškova i smanjenog otiska ugljenika.
  6. Skalabilnost i fleksibilnost: Ultrazvučni sistemi se mogu lako podešati naviše ili nadole da bi se prilagodili različitim veličinama baterija i proizvodnim kapacitetima. Pored toga, ultrazvučni uređaji za reciklažu baterija mogu se lako integrisati u već postojeće objekte za reciklažu baterija. Lako dostupni na različitim skalama napajanja i odgovarajućim dodacima kao što su ultrazvučne sonde i reaktori ćelija protoka, ultrazvučni telefoni mogu da rukuju komponentama baterija različitih veličina i proizvodnih kapaciteta, obezbeđujući skalabilnost i prilagodljivost u procesima reciklaže.
  7. Sinergistička integracija: Ultrazvučno iskakanje se može integrisati u postojeće linije za reciklažu hidrometallurgičnih baterija kako bi se intenziviralo i poboljšalo hidrometalurgično iskakanje vrednih metala i materijala iz potrošenih Li-jonskih baterija.

Sve u svemu, ultrazvučna reciklaža baterija pokazuje obećanje kao ekološki prihvatljiviji, efikasniji i selektivniji metod u poređenju sa tradicionalnim pirometalurškim i hidrometallurgijskim pristupima.

 

Moćna ultrazvučna Kavitacija kod Hielschera Kasatrode

Moćna ultrazvučna Kavitacija kod Hielschera Kasatrode

 

Захтев за информације




Obratite pažnju na naše Правила о приватности.


Industrijski ultrazvučni lišavanje za oporavak metala od potrošenih baterija

У процесу рециклаже литијум-кобалт-оксидних батерија (нпр. Са преносних рачунара, паметних телефона и сл.), Као и сложених литијум-никел-манган-кобалт батерија (нпр.
Industrijski ultrazvučni reaktor sa više sondi za oporavak metala od potrošenih Li-jonskih baterija. Ultarsonsko lišavanje daje visoke prinose litijuma, kobalta, bakra, aluminijuma i nikla.Ултразвук високе снаге је добро познат по својој способности обраде хемијских течности и муљева како би се побољшао пренос маса и иницирала хемијске реакције.
Интензивни ефекти ултрасоникације моћи се заснивају на феномену акустичне кавитације. Спајањем ултразвука високе снаге у течности / муље, наизменични таласи ниског притиска и високог притиска у течностима стварају мале вакуумске мехуриће. Мала усисна празнина расте преко различитих циклуса ниског притиска / високог притиска све док се не удари насилно. Срушавајући вакуумски мехурићи се могу сматрати микрореакторима у којима се температуре до 5000К, притисцима до 1000атм и брзинама грејања и хлађења изнад 10-10 Doći. Pored toga, generišu se jake hidrodinamičke čaršije i tečni mlaznjaci sa brzinom do 280 metara/s brzinom. Ova ekstremna stanja akustične kavitacije stvaraju izvanredne fizičke i hemijske uslove u inače hladnoj tečnosti i stvaraju blagotvorno okruženje za hemijske reakcije (tzv. Сонохемија).

Ултразвучно изливање у рециклажу потрошених литијум-јонских батерија. (Кликните за увећање!)

Ултразвучно изливање метала из исцрпљеног отпада из акумулатора.

Ултразвучно генерисана кавитација може изазвати термолизу солуција као и стварање високо реактивних радикала и реагенса, као што су слободни радикали, хидроксидни иони (• ОХ,) хидронијум (Х3О +) итд., Који пружају изузетне реактивне услове у течности тако да се брзина реакције значајно повећава. Чврсте твари као што су честице убрзавају течности млазнице и млевене интерпартикуларним сударањем и абразијом повећавајући површину активне површине и тиме преносе масе.
Велика предност ултразвучног испирања и обнављања метала је прецизна контрола параметара процеса, као што су амплитуда, притисак и температура. Ови параметри омогућавају прилагођавање реакционих услова тачно процесном медију и циљаном излазу. Штавише, ултразвучно лужење уклања чак и најмању металну честицу са подлоге, а истовремено чува микроструктуре. Побољшани опоравак метала услед је ултразвучног стварања високо реактивних површина, повећане брзине реакција и побољшаног транспорта масе. Процеси соникације могу се оптимизирати утицајима на сваки параметар и стога нису само врло ефикасни, већ такође и високоенергетски ефикасни.
Њена прецизна контрола параметара и енергетска ефикасност чине ултразвучно исцрпљивање повољне и изузетне технике – посебно када се упореде са компликованим методама за истицање киселине и келирање.

Ултразвучно опоравак ЛиЦоО-а2 из потрошене литијум-јонске батерије

Ултрасоникација помаже у редуковању и исцрпљивању хемикалија, које се користе за опоравак Ли као Ли2ЦО3 и Цо као Цо (ОХ)2 из отпадних литијум-јонских батерија.
Зханг ет ал. (2014) извештавају о успешном опоравку ЛиЦоО-а2 користећи ултразвучни реактор. да би припремили почетни раствор од 600мЛ, поставили су 10г неважећег ЛиЦоО-а2 прашак у чаши и додали 2,0 мол / Л ЛиОХ раствора, који су били мешани.
Смеша је сипана у ултразвучно зрачење и започет је уређај за мешање, уређај за мешање је постављен у унутрашњост реакционог посуда. Био је загрејан до 120 ◦Ц, а затим ултразвучни апарат подешен је на 800В и ултразвучни начин рада је подешен на импулсне циклусе рада од 5 секунди. ОН / 2сец. ВАН. Ултразвучно зрачење наношено је 6х, а затим је реакциона смеша охлађена на собну температуру. Чврсти остатак је неколико пута испран са деионизованом водом и осушен на 80 ° Ц до константне тежине. Добијени узорак је сакупљен за касније тестирање и производњу батерија. Капацитет пуњења у првом циклусу је 134.2мАх / г, а капацитет пражњења је 133.5мАх / г. Прва ефикасност пуњења и пражњења била је 99,5%. Након 40 циклуса, капацитет пражњења је и даље 132.9мАх / г. (Зханг ет ал., 2014)
 

Ultrazvučnost proby tipa poboljšava iskakanje i oporavak dragocenih metala i materijala iz potrošenih Li-jonskih baterija. Hielscher Ultrasonics snabdeva ultrazvučnim ultrazvučnicima ključem spremnim za instalaciju u fabriku za reciklažu baterija za poboljšane prinose reciklaže.

Korišćeni LiCoO2 kristali pre (a) i posle (b) ultrazvučnog tretmana na 120◦C za 6h.
Study and images: ©Zhang et al. 2014

 
Ultrazvučno iskakanje organskim kiselinama kao što je citrična kiselina nije samo efikasno već i ekološki prihvatljivo. Istraživanja su otkrila da je lizanje Co i Li efikasnije sa citričnom kiselinom nego sa neorganskim kiselinama H2SO4 i HCl. Više od 96% Co i skoro 100% Li su izvučeni iz potrošenih litijum-jonskih baterija. Činjenica da su organske kiseline kao što su citrična kiselina i acetička kiselina jeftine i biorazgradive, doprinosi daljim ekonomskim i ekološkim prednostima sonikacije.

Visokoenergetski industrijski ultrazvuk za metalno lizanje iz potrošenih baterija

UIP4000hdT - Hielscher's 4kW high-performance ultrasonic system Hielscher Ultrasonics je vaš davno iskusan dobavljač za visoko efikasne i pouzdane ultrazvučne sisteme, koji isporučuju potrebnu snagu za iskakanje metala iz otpadnih materijala. Da bi se li-jonske baterije reprocesocirale vađenjem metala kao što su kobalt, litijum, nikl i mangan, moćni i robusni ultrazvučni sistemi su od suštinskog značaja. Hielscher Ultrasonics industrijske jedinice kao što su UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), UIP10000 (10kW) i UIP16000 (16kW) su najmoćniji i najsnažniji ultrazvučni sistemi visokih performansi na tržištu. Sve naše industrijske jedinice se mogu neprekidno voditi sa veoma visokim amplitude do 200μm u 24/7 operaciji. Za još veće amplitude dostupni su prilagođeni ultrazvučni sonotrodi. Robustnost Hielscher ultrazvučne opreme omogućava non-stop rad na velikim dužnostima i u zahtevnim okruženjima. Hielscher snabdeva specijalne sonotrode i reaktore za visoke temperature, pritiske i korozivnu tečnost, takođe. To naše industrijske ultrazvučnike čini najpogodnijim za ekstraktivnu metaluršku tehniku, npr. hidrometallurgične tretmane.

Табела испод показује приближни капацитет обраде наших ултразвучних уређаја:

батцх tomПротокПрепоручени уређаји
0.1 до 20Л0.2 до 4Л / минУИП2000хдТ
10 до 100Л2 до 10Л / минUIP4000hdT
20 do 200L4 do 20L/minUIP6000hdT
Н.А.10 до 100Л / минУИП16000
Н.А.већекластер УИП16000

Контактирајте нас! / Питајте нас!

Молимо вас да користите образац испод, ако желите да затражите додатне информације о ултразвучној хомогенизацији. Биће нам драго да вам понудимо ултразвучни систем који одговара вашим захтевима.









Molimo vas da zabeležite naše Правила о приватности.




Чињенице вреди знати

Литијум-јонске батерије

Литијум-јонске батерије (ЛИБ) су колективни термини за (пуњиве) батерије које нуде високу енергетску густину и често се интегришу у потрошачку електронику као што су електронски аутомобили, хибридни аутомобили, лаптопови, мобилни телефони, иПодови итд. У поређењу са друге варијанте пуњивих батерија сличне величине и капацитета, ЛИБ су знатно лакше.
За разлику од литијум примарне батерије за једнократну употребу, ЛИБ користи интеркалентно литијумско једињење уместо металног литијума као своје електроде. Главни састојци литијум-јонске батерије су његове електроде – анода и катода – и електролит.
Већина ћелија дели заједничке компоненте у смислу електролита, сепаратора, фолије и кућишта. Главна разлика између ћелијских технологија је материјал који се користи као “активни материјали” као што су катод и анода. Графит је најчешће коришћени материјал као анод, док је катод израђен од слојевитог ЛиМО2 (М = Мн, Цо и Ни), спинел ЛиМн2O4, или оливин ЛиФеПО4. Електролитски органски течни електролити (нпр. Сол ЛиПФ6 растворени у смеши органских растварача, као што су етилен карбонат (ЕК), диметилкарбонат (ДМЦ), диетил карбонат (ДЕЦ), етил метил карбонат (ЕМЦ) итд. јонски покрет.
У зависности од позитивних (катодних) и негативних (анодних) електродних материјала, густина енергије и напон ЛИБ-а варирају респективно.
Када се користи у електричним возилима, често се користи акумулатор електричних возила (ЕВБ) или вучна батерија. Такве батерије се користе у виљушкама, електричним колицима за голф, подним прскалицама, електричним мотоциклима, електричним колима, камионима, комбијама и другим електричним возилима.

Рециклирање метала из потрошених Ли-Ион батерија

У поређењу са другим врстама батерија које често садрже олово или кадмијум, Ли-ион батерије садрже мање токсичних метала и стога се сматрају еколошким. Међутим, огромна количина потрошених Ли-ион батерија, која ће се одлагати као потрошене батерије од електричних аутомобила, представљају проблем отпада. Због тога је неопходна затворена петља за рециклажу Ли-ион батерија. Са економске тачке гледишта, метални елементи попут гвожђа, бакра, никла, кобалта и литијума могу се опоравити и поново користити у производњи нових батерија. Рециклирање може спречити и будући недостатак.
Иако долазе на тржиште батерије са већим оптерећењем никла, није могуће произвести батерије без кобалта. Већи садржај никла долази по цијени: Са повећаним садржајем никла стабилност батерије се смањује и тиме се смањује животни век циклуса и могућност брзог пуњења.

Растућа потражња за Ли-ион батеријама. Извор: Деутсцхе Банк

Растућа потражња за Ли-ион батеријама захтева повећање капацитета рециклаже за отпадне батерије.

Процес рециклаже

Батерије електричних возила као што је Тесла Роадстер имају приближно 10 година.
Рециклирање исцрпљених литијум-јонских батерија је захтјеван процес, јер су укључени високонапонски и опасни хемијски састојци, који долазе са ризиком од термичког избегавања, струјног удара и емисије опасних материја.
Да би се успоставила рециклажа затворене петље, свака хемијска веза и сви елементи морају бити одвојени у њихове поједине фракције. Међутим, енергија потребна за рециклирање затворене петље је веома скупа. Најзначајнији материјали за опоравак су метали као што су Ни, Цо, Цу, Ли, итд. Пошто скупо рударство и високе тржишне цене металних компоненти чине рециклажу економски атрактивним.
Процес рециклирања Ли-ион батерија почиње са растављањем и пражњењем батерија. Пре отварања батерије потребна је пасивизација за деактивирање хемикалија у батерији. Пасивација се може постићи примјеном криогеног замрзавања или контролисаном оксидацијом. У зависности од величине батерије, батерије се могу демонтирати и демонтирати до ћелије. Након демонтаже и дробљења, компоненте се изолују помоћу неколико метода (нпр. Скрининга, сејања, избора руку, магнетног, влажног и балистичког одвајања) како би се уклонили ћелијски поклопци, алуминијум, бакар и пластика из праха електроде. Одвајање материјала електроде је неопходно за низводне процесе, нпр. Хидрометалуршки третман.
Пиролиза
За пиролитичку обраду, расхлађене батерије се топионишу у пећи где се кречњак додаје као средство за формирање жлијеге.

Хидротермички процеси
Хидрометалуршка обрада се заснива на киселим реакцијама како би се сипале соли као метали. Типични хидрометалуршки процеси укључују истицање, преципитацију, размјену јона, екстракцију растварача и електролизу водених раствора.
Предност хидротермалне обраде је високи принос за опоравак од + 95% Ни и Цо као соли, + 90% Ли се може преципитирати, а остатак може доћи до + 80%.

Посебно кобалт представља критичну компоненту литијум-јонских катодних батерија за примјену на високој енергији и енергији.
Тренутни хибридни аутомобили као што је Тоиота Приус, користе никл-метал-хидридне батерије, који су демонтирани, испражњени и рециклирани на сличан начин као и Ли-ион батерије.

Литература / Референце

  • Golmohammadzadeh R., Rashchi F., Vahidi E. (2017): Recovery of lithium and cobalt from spent lithium-ion batteries using organic acids: Process optimization and kinetic aspects. Waste Management 64, 2017. 244–254.
  • Shin S.-M.; Lee D.-W.; Wang J.-P. (2018): Fabrication of Nickel Nanosized Powder from LiNiO2 from Spent Lithium-Ion Battery. Metals 8, 2018.
  • Zhang Z., He W., Li G., Xia J., Hu H., Huang J. (2014): Ultrasound-assisted Hydrothermal Renovation of LiCoO2 from the Cathode of Spent Lithium-ion Batteries. Int. J. Electrochem. Sci., 9 (2014). 3691-3700.
  • Zhang Z., He W., Li G., Xia J., Hu H., Huang J., Shengbo Z. (2014): Recovery of Lithium Cobalt Oxide Material from the Cathode of Spent Lithium-Ion Batteries. ECS Electrochemistry Letters, 3 (6), 2014. A58-A61.

Хиелсцхер Ултрасоницс производи ултразвучне уређаје високих перформанси.

Снажна ултразвучност из лабораторије и клупе на индустријску производњу.

Biće nam drago da razgovaramo o vašem procesu.

Hajde da stupimo u kontakt.