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.
- Хиелсцхер-ови индустријски ултразвучни системи за примену за истицање су поуздани и робусни и могу се лако интегрирати у постојеће постројења за рециклажу.
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.
Индустријско ултразвучно изливање
У процесу рециклаже литијум-кобалт-оксидних батерија (нпр. Са преносних рачунара, паметних телефона и сл.), Као и сложених литијум-никел-манган-кобалт батерија (нпр.
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 појавити. Штавише, генеришу се снажне хидродинамичке смицарске силе и течности са брзином до 280м / с. Ови екстремни услови акустичне кавитације стварају изузетне физичке и хемијске услове у иначе хладним течностима и стварају корисно окружење за хемијске реакције (Сонохемија).
48кВ ултразвучни процесор
за захтевне примене као што су испирање метала
Ултразвучно изливање метала из исцрпљеног отпада из акумулатора.
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)
Користе ЛиЦоО2 кристале пре (а) и након (б) ултразвучног третмана на 120◦Ц током 6х. извор: Зханг ет ал. 2014
Ултразвучно испирање са органским киселинама као што је лимунска киселина није само ефективно већ и еколошки прихватљиво. Истраживање је показало да је изношење Цо и Ли ефикасније са лимунском киселином него са неорганским киселинама Х2ТАКО4 и ХЦл. Више од 96% Цо и скоро 100% Ли је било опорављено од потрошених литијум-јонских батерија. Чињеница да су органске киселине, као што су лимунска киселина и сирћетна киселина, јефтине и биоразградиве, доприносе даљим економским и еколошким предностима ултразвучења.
Индустријска ултразвучна техника високе снаге
Хиелсцхер Ултрасоницс је ваш дугогодишњи добављач за високо ефикасне и поуздане ултразвучне системе, који испоручују потребну снагу за исцрпљивање метала из отпадних материјала. Да би репрограмирали ли-ионске батерије екстраховањем метала као што су кобалт, литијум, никал и манган, неопходни су снажни и робустни ултразвучни системи. Хиелсцхер Ултразвук’ индустријске јединице као што су УИП4000хдТ (4кВ), УИП10000 (10кВ) и УИП16000 (16кВ) су најснажнији и робустни ултразвучни системи високих перформанси на тржишту. Све наше индустријске јединице могу се континуирано радити са врло високим амплитудама до 200μм у раду 24/7. За још веће амплитуде доступне су и прилагођене ултразвучне сонотроде. Робустност Хиелсцхер-ове ултразвучне опреме омогућава 24/7 рад на захтевним и захтевним окружењима. Хиелсцхер испоручује специјалне сонотроде и реакторе за високе температуре, притиске и корозивне течности. То чини наше индустријске ултразвучне уређаје најпогодније за технике екстрактивне металургије, нпр. Хидрометалуршке третмане.
Табела испод показује приближни капацитет обраде наших ултразвучних уређаја:
| батцх tom | Проток | Препоручени уређаји |
|---|---|---|
| 0.1 до 20Л | 0.2 до 4Л / мин | УИП2000хдТ |
| 10 до 100Л | 2 до 10Л / мин | УИП4000 |
| Н.А. | 10 до 100Л / мин | УИП16000 |
| Н.А. | веће | кластер УИП16000 |
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 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.
Снажна ултразвучност из лабораторије и клупе на индустријску производњу.