Ultraljud gör återvinning av litiumjonbatterier effektivare

Litium är ett sällsynt och mycket värdefullt material som finns i högpresterande batterier, såsom litiumjonbatterier. Litium är det mest värdefulla materialet som återvinns vid återvinning av litiumjonbatterier, men även andra mineraler och metaller såsom kobolt, mangan, nickel, koppar och aluminium är värdefulla metaller att återvinna. Högintensiv ultraljudsbehandling används som en teknik för omrörning med höga skjuvkrafter och lakning för att extrahera, avlägsna och lösa upp värdefulla mineraler och metaller från uttjänta batterier. Ultraljudsmetoden är mycket verkningsfull och energieffektiv, och utrustning för installation i återvinningsanläggningar i full kommersiell skala är lättillgänglig.

Översikt: Återvinningsprocessen för litiumjonbatterier

Processen för återvinning av ädelmetaller och material från uttjänta litiumjonbatterier omfattar vanligtvis flera steg. Här följer en allmän översikt:

1. Insamling och sortering: Uttjänta litiumjonbatterier samlas in och sorteras efter batterityp och kemisk sammansättning.
2. Demontering: Först bryts batteriets plasthölje upp och avlägsnas. Därefter placeras det frilagda batteriet i flytande kväve för att neutralisera reaktiva, explosiva ämnen. Detta steg säkerställer att ett plötsligt frigörande av all lagrad energi och den efterföljande antändning och explosion som är förknippade med detta förhindras. Sedan demonteras batterierna för att separera de olika komponenterna, såsom katod, anod, elektrolyt och hölje.
3. Fragmentering: De demonterade batterierna fragmenteras till mindre bitar för att öka ytarean inför efterföljande processer.
4. Delaminering av elektroder: Före behandlingen för metallextraktion måste de isolerade elektroderna, dvs. katoden och anoden, demonteras ytterligare. Eftersom katodmaterialet i allmänhet är fäst vid aluminiumfolie med ett bindemedel, vanligen polyvinylidenfluorid (PVDF) eller polytetrafluoreten (PTFE), är det svårt att separera katoden och aluminiumfolien från varandra.
5. Kemisk behandling: De fragmenterade batterikomponenterna genomgår olika kemiska behandlingar för att lösa upp och separera de olika materialen. Detta kan innefatta lakning med syra eller andra lösningsmedel för att extrahera värdefulla metaller som litium, kobolt, nickel och koppar.
6. Återvinning och rening: De upplösta metallerna återvinns sedan ur lösningen genom processer som utfällning, lösningsmedelsextraktion eller elektrokemiska metoder. Dessa steg bidrar till att rena och koncentrera ädelmetallerna.

Förbättrad återvinning av ädelmetaller med ultraljudsbehandling

Effektultraljud kan förbättra stegen för delaminering av elektroder och lakning av ädelmetaller och material genom att intensifiera reaktionerna och därmed göra återvinningsprocessen betydligt effektivare. Ultraljudsbehandling är en teknik som använder högintensiva ultraljudsvågor för att skapa mekaniska vibrationer och akustisk kavitation i ett flytande medium. De starka krafterna från ultraljudsbehandlingen används för att förbättra processen för återvinning av ädelmetaller från uttjänta litiumjonbatterier på flera sätt:
 

1. Sönderdelning: Ultraljudsbehandling bryter ned de fragmenterade batterimaterialen så att mindre partiklar bildas. Mindre partiklar ger en större ytarea, vilket gör den kemiska lakningen effektivare och bidrar till att frigöra värdefulla metaller.
2. Förbättrad lakning: Användning av ultraljudsbehandling under lakningsprocesser kan förbättra kontakten mellan det fasta materialet och laklösningen, vilket ökar effektiviteten vid metallextraktion. Ultraljudslakning främjar metallextraktionen och ökar utbytet av återvunna metaller och mineraler såsom kobolt, mangan, nickel, koppar och aluminium.
3. Förbättrad delaminering av elektroder: Syftet med elektroddelaminering vid batteriåtervinning är att separera de olika komponenterna, såsom elektroder, elektrolyter och separatorer, så att de kan bearbetas vidare eller återvinnas var för sig. Ultraljudsbehandling hjälper till att lossa och avlägsna beläggningar från elektroden. Sonomekaniska krafter främjar effektiv separation av elektrodernas skikt.
4. Snabbare reaktioner: Ultraljudsbehandling främjar snabbare och grundligare blandning, vilket kan påskynda kemiska reaktioner under stegen för metallåtervinning och rening.
5. Minskad energiförbrukning: Ultraljudsbehandling kan förbättra processeffektiviteten och därmed minska den tid och energi som krävs för att återvinna metaller från uttjänta batterier.

 
Ultraljudsbehandling kan bidra till att förbättra återvinningen av ädelmetaller och material från uttjänta litiumjonbatterier genom att öka verkningsgraden och effektiviteten i olika steg i återvinningsprocessen.
Processtegen metallakning med ultraljud och elektroddelaminering kan anpassas till enskilda återvinningsprocesser, som kan variera eftersom företag som är specialiserade på återvinning av litiumjonbatterier utvecklar och modifierar sina processer för att uppnå högsta effektivitet.

Ultraljudskavitation för katodseparation

Ultraljudsbehandling separerar katodmaterial från aluminiumfolie genom effekterna av akustisk kavitation. Akustisk kavitation, eller ultraljudskavitation, kännetecknas av lokalt förekommande höga tryck och höga temperaturer samt efterföljande sänkningar av dessa, vilket ger upphov till tryck- respektive temperaturskillnader samt intensiv mikroturbulens och mikrostrålar med höga skjuvkrafter. Dessa kavitationskrafter påverkar gränsytor, främjar massöverföring och orsakar erosion. Genom att generera så intensiva krafter av kemisk, fysikalisk, termisk och mekanisk natur skapar ultraljudskavitation den omrörning och massöverföring som krävs för att bryta upp strukturen hos det organiska bindemedel som används i litiumjonbatterier för att fästa katoden vid strömkollektorn / aluminiumfolien.
Medan enbart mekanisk omrörning inte räcker för att effektivt lossa katodmaterialet från aluminiumfolien, tillför högintensiv ultraljudsbehandling den sonokemiska och sonomekaniska energi som krävs för att avlägsna katodmaterialet fullständigt från strömkollektorerna. Till skillnad från mekanisk omrörning genererar ultraljudskavitation intensiv turbulens, lokalt höga temperaturer och tryck samt omrörning, strömning och vätskestrålar, som bryter upp bindemedlet, t.ex. PVDF eller PTFE, som binder katoden till Al-folien, och eroderar ytan på både katoden och Al-folien. Därigenom bryts bindemedlet mellan de båda materialen ned ordentligt, och katoden och aluminiumfolien separeras effektivt.
Exempelvis ger ultraljudsseparation en hög effektivitet vid katodavlägsnandet på 99% med N-metyl-2-pyrrolidon (NMP) som lösningsmedel vid 70°C (240 W ultraljudseffekt och 90 min ultraljudsbehandlingstid). Eftersom katodseparation med ultraljud dispergerar materialet jämnt och förhindrar större agglomerat underlättas den efterföljande metallakningsprocessen.
Läs mer om elektroddelaminering med ultraljud för att återvinna aktiva material och strömkollektorfolier!

Lakning av mineraler med ultraljud

De ovan beskrivna effekterna av ultraljudskavitation främjar även lakningen av metaller ur förbrukade batterier. Högintensiv ultraljudsbehandling används inte bara för att återvinna mineral vid batteriåtervinning, utan används också ofta inom hydrometallurgi och vid lakning av värdefulla malmer (t.ex. gruvavfall). De höga lokala temperaturerna, trycken och skjuvkrafterna intensifierar metallakningen och ökar lakningseffektiviteten avsevärt. Medan lokala, mycket extrema temperaturer på upp till 1000 K uppstår i kavitationens hetzoner, kräver de övergripande lakningsförhållandena endast en måttlig temperatur på cirka 50–60°C. Detta gör metallåtervinningen med ultraljud energieffektiv och ekonomisk.
Ultraljudslakning av mineral ur förbrukade litiumjonbatterier kännetecknas av höga återvinningsgrader och hög effektivitet. Till exempel användes svavelsyra (H2SO4) framgångsrikt som lakningsmedel i närvaro av väteperoxid (H2O2) vid ultraljudsassisterad återvinning av mineral ur katoden. Ultraljudslakning med svavelsyra gav återvinningsgrader på 94,63% för kobolt respektive 98,62% för litium.
Ultraljudslakning med organisk citronsyra (C6H8O7·H2O) ger mycket höga återvinningsgrader för koppar och litium, med ett utbyte på 96% koppar och nästan 100% litium ur de förbrukade litiumjonbatterierna.

Enkelt och säkert: Uppskalning av ultraljudsprocesser från genomförbarhetstester till industriell återvinning

Högpresterande ultraljudsutrustning för återvinning av litiumjonbatterier finns lättillgänglig för installation i bänkskala, pilotskala och industriell skala. Eftersom katodseparation med ultraljud och ultraljudslakning av mineral ur förbrukade batterier redan är etablerade processer, går det snabbt och enkelt att gå från de första försöken via optimering för era specifika processkrav till installation av ett fullt industriellt ultraljudssystem för separation och/eller lakning.
Läs mer om fördelarna med ultraljudslakning för hållbar batteriåtervinning och urban gruvdrift!

Högpresterande ultraljudsapparater för batteriåtervinning

Hielscher Ultrasonics levererar högpresterande ultraljudsapparater i alla storlekar och kapaciteter. Med UIP16000 (16kW) tillverkar Hielscher världens kraftfullaste ultraljudsprocessor. UIP16000 liksom alla andra industriella ultraljudssystem kan enkelt kombineras i kluster för att uppnå den erforderliga bearbetningskapaciteten. Alla Hielschers ultraljudsapparater är byggda för drift dygnet runt, alla dagar i veckan, under full belastning och i krävande miljöer.
Hielscher Ultrasonics industriella ultraljudsprocessorer kan leverera mycket höga amplituder. Amplituder på upp till 200µm kan enkelt upprätthållas kontinuerligt vid drift dygnet runt, alla dagar i veckan. För ännu högre amplituder finns kundanpassade ultraljudssonotroder.

Ultraljudssonder och sonoreaktorer för alla volymer

Hielscher Ultrasonics produktsortiment täcker hela spektrumet av ultraljudsprocessorer, från kompakta ultraljudsapparater för laboratorier via bänk- och pilotsystem till fullt industriella ultraljudsprocessorer med kapacitet att bearbeta hela lastbilslaster per timme. Det kompletta produktsortimentet gör att vi kan erbjuda er den lämpligaste ultraljudsutrustningen för er tillämpning, processkapacitet och era produktionsmål.

Exakt reglerbara amplituder för optimala resultat

Alla Hielschers ultraljudsprocessorer kan styras exakt och är därmed pålitliga arbetshästar inom forskning och utveckling samt produktion. Amplituden är en av de avgörande processparametrar som påverkar effektiviteten och verkan hos sonokemiskt och sonomekaniskt inducerade reaktioner. Alla processorer från Hielscher Ultrasonics möjliggör exakt inställning av amplituden. Sonotroder och boosterhorn är tillbehör som gör det möjligt att ändra amplituden inom ett ännu bredare intervall. Hielschers industriella ultraljudsprocessorer kan leverera mycket höga amplituder och den ultraljudsintensitet som krävs för krävande tillämpningar. Amplituder på upp till 200µm kan enkelt upprätthållas kontinuerligt vid drift dygnet runt, alla dagar i veckan.
Exakta amplitudinställningar och ständig övervakning av ultraljudsprocessens parametrar via smart programvara ger dig möjlighet att separera katoden från aluminiumfolien samt att laka ut mineraler och metaller ur förbrukade litiumjonbatterier under de mest effektiva ultraljudsbetingelserna. Optimal ultraljudsbehandling för den mest effektiva återvinningen av litiumjonbatterier!
Hielschers robusta ultraljudsapparater möjliggör drift dygnet runt, alla dagar i veckan, vid hög belastning och i krävande miljöer. Detta gör Hielschers ultraljudsapparater till ett pålitligt arbetsredskap som uppfyller kraven i din återvinningsprocess.

Högsta kvalitet – konstruerade och tillverkade i Tyskland

Som ett familjeägt och familjedrivet företag prioriterar Hielscher de högsta kvalitetsstandarderna för sina ultraljudsprocessorer. Alla ultraljudsapparater konstrueras, tillverkas och testas grundligt vid vårt huvudkontor i Teltow nära Berlin i Tyskland. Hielschers ultraljudsutrustning är robust och tillförlitlig, vilket gör den till en arbetshäst i din produktion. Drift dygnet runt, alla dagar i veckan, under full belastning och i krävande miljöer är en naturlig egenskap hos Hielschers högpresterande ultraljudssonder och reaktorer.

Tabellen nedan ger dig en uppfattning om den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater:

Fakta värda att känna till

Vad är litiumjonbatterier?

Ett litiumjonbatteri, även kallat Li-jonbatteri, är en typ av uppladdningsbart batteri. Jämfört med bly- och nickelbaserade batterier använder litiumjonbatterier en katod, en anod och elektrolyt som ledare.
Liksom alla batterier lagrar litiumjonbatterier kemisk energi, som sedan omvandlas till elektrisk energi för att tillhandahålla en statisk elektrisk laddning för strömförsörjning.
Litiumjonbatterier används ofta i bärbar elektronik som bärbara datorer och smarttelefoner samt i elfordon. Användningen av litiumjonbatterier väcker också ett ökande intresse hos militären och företag inom flyg- och rymdindustrin.