Ultraljud gör återvinningen av litiumjonbatterier mer effektiv

Litium är ett sällsynt och mycket värdefullt material som finns i högpresterande batterier, såsom Li-ion-batterier. Litium är det mest värdefulla materialet som återvinns vid återvinning av litiumjonbatterier, men även andra mineraler och metaller som kobolt, mangan, nickel, koppar och aluminium är värdefulla metaller för återvinning. Högintensiv ultraljud används som högskjuvning, omrörning och urlakningsteknik för att extrahera, ta bort och lösa upp värdefulla mineraler och metaller från förbrukade batterier. Den ultraljudsbehandling metoden är mycket effektiv, energieffektiv, och är lätt tillgänglig för installation i full-kommersiella återvinningsanläggningar.

Översikt: Återvinningsprocess för litiumjonbatterier

Återvinningsprocessen för ädelmetaller och material från förbrukade litiumjonbatterier omfattar vanligtvis flera steg. Här är en allmän översikt:

1. Insamling och sortering: Förbrukade litiumjonbatterier samlas in och sorteras baserat på deras typ och kemi.
2. Demontering: Först bryts batteriets plastlock upp och tas bort. Därefter placeras det nakna batteriet i flytande kväve för att neutralisera reaktiva, explosiva ämnen. Detta steg säkerställer att ett plötsligt frisläppande av all lagrad energi och den efterföljande antändningen och explosionen i samband med förhindras. Sedan demonteras batterierna för att separera de olika komponenterna, såsom katoden, anoden, elektrolyten och höljet.
3. Fragmentering: De demonterade batterierna strimlas i mindre bitar för att öka ytan för efterföljande processer.
4. Delaminering av elektroder: Före metallextraktionsbehandlingen måste de isolerade elektroderna, dvs. katod och anod, demonteras ytterligare. Eftersom katodmaterialet i allmänhet fästs vid aluminiumfolie med ett bindemedel, vanligtvis polyvinylidenfluorid (PVDF) eller polytetrafluoreten (PTFE), är det en svår uppgift att ta bort katod och aluminiumfolie från varandra.
5. Kemisk behandling: De strimlade batterikomponenterna genomgår olika kemiska behandlingar för att lösa upp och separera de olika materialen. Detta kan innebära urlakning 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 från lösningen genom processer som utfällning, lösningsmedelsextraktion eller elektrokemiska metoder. Dessa steg hjälper till att rena och koncentrera ädelmetallerna.

Återvinning av ädelmetall förbättras av ultraljudsbehandling

Kraftultraljud kan förbättra stegen för elektroddelaminering och urlakning av ädelmetaller och material genom att intensifiera reaktionerna och därmed göra återvinningsprocessen betydligt effektivare. Ultraljud, det är en teknik som använder högintensiva ultraljudsvågor för att skapa mekaniska vibrationer och akustisk kavitation i ett flytande medium. De starka krafterna av ultraljud används för att förbättra återvinningsprocessen av ädelmetaller från förbrukade Li-ion-batterier på flera sätt:
 

1. Sönderfall: Ultraljud bryter ner de strimlade batterimaterialen så att mindre partiklar skapas. Mindre partiklar erbjuder en högre yta vilket gör att kemikalien läcker ut mer effektivt, vilket hjälper till att frigöra värdefulla metaller.
2. Förbättrad urlakning: Tillämpningen av ultraljud under urlakningsprocesser kan förbättra kontakten mellan det fasta materialet och urlakningslösningen, vilket ökar effektiviteten i metallutvinningen. Ultraljudslakning främjar metallutvinningen och ökar utbytet av återvunna metaller och mineraler som kobolt, mangan, nickel, koppar och aluminium.
3. Förbättrad elektroddelaminering: Målet med elektroddelaminering under batteriåtervinning är att separera de olika komponenterna, t.ex. elektroder, elektrolyter och separatorer, så att de kan bearbetas ytterligare eller återvinnas individuellt. Ultraljud hjälper till att lossa och ta bort beläggningar från elektroden. Sonomekaniska krafter främjar en effektiv separation av elektrodernas skikt.
4. Accelererade reaktioner: Ultraljud främjar snabbare och mer grundlig blandning, vilket kan påskynda kemiska reaktioner under metallåtervinnings- och reningssteg.
5. Minskad energiförbrukning: Ultraljud kan förbättra processeffektiviteten, vilket minskar den tid och energi som krävs för metallåtervinning från förbrukade batterier.

 
Ultraljud kan spela en fördelaktig roll för att förbättra återvinningsprocessen för ädelmetaller och material från förbrukade Li-ion-batterier genom att öka effektiviteten och effektiviteten i olika steg som är involverade i återvinningsprocessen.
Processtegen för ultraljudslakning av metall och elektroddelaminering kan anpassas till individuella återvinningsprocesser, som kan variera eftersom företag som specialiserat sig på återvinning av litiumjonbatterier utvecklar och modifierar sina processer till högsta effektivitet.

Ultraljudskavitation för katodseparation

Ultraljud separerar katodmaterial från aluminiumfolie genom effekterna av akustisk kavitation. Akustisk kavitation eller ultraljudskavitation bestäms av lokalt förekommande höga tryck, höga temperaturer och deras efterföljande fall som resulterar i respektive tryck- och temperaturskillnader samt intensiva mikroturbulenser och mikrostrålar med hög skjuvning. Dessa kavitationskrafter påverkar ytgränser, främjar massöverföring och orsakar erosion. Genom att generera sådana intensiva krafter av kemisk, fysikalisk, termisk och mekanisk natur skapar ultraljudskavitation den nödvändiga omrörningen och massöverföringen för att bryta den organiska bindemedelsstrukturen som används i litiumjonbatterier för att fixera katoden till samlaren / aluminiumfolien.
Medan mekanisk omrörning såsom omrörning ensam är otillräcklig för att effektivt lossa katodmaterialet från aluminiumfolien, ger högintensiv ultraljud den sonokemiska och sonomekaniska energi som krävs för att helt avlägsna katodmaterialet från samlarna. 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 förbinder katoden med Al-folien och eroderar ytan på både katod och Al-folie. Därigenom förstörs bindemedlet mellan de båda materialen på rätt sätt och katod och aluminiumfolie separeras effektivt.
Till exempel resulterar ultraljudsseparation i hög effektivitet av katodavlägsnandet på 99% med användning av N-metyl-2-pyrrolidon (NMP) som lösningsmedel vid 70 ° C (240 W ultraljudseffekt och 90 min ultraljudsbearbetningstid). Eftersom ultraljudskatodseparation sprider materialet jämnt och förhindrar större agglomerat, underlättas den efterföljande metalllakningsprocessen.
Läs mer om delaminering av ultraljudselektroder för att återvinna aktiva material och strömavsamlarfolier!

Ultraljudsurlakning av mineraler

De ultraljudskavitationella effekterna som beskrivs ovan främjar också urlakning av metaller från förbrukade batterier. Högintensiv ultraljud används inte bara för att återvinna mineral vid batteriåtervinning, utan används också ofta inom hydrometallurgi och urlakning av värdefulla malmer (t.ex. gruvavfall). De höga lokala temperaturerna, trycken och skjuvkrafterna intensifierar metallurlakningen och ökar urlakningseffektiviteten avsevärt. Medan det i kavitationella hotspots förekommer lokalt mycket extrema temperaturer på upp till 1000 K, kräver de övergripande utlakningsförhållandena endast en mild temperatur på cirka 50-60 °C. Detta gör ultraljudsmetallåtervinningen energieffektiv och ekonomisk.
Ultraljudslakning av mineraler från förbrukade Li-ion-batterier kännetecknas av höga återvinningshastigheter och effektivitet. Till exempel användes svavelsyra (H2SO4) framgångsrikt som urlakningsmedel i närvaro av väteperoxid (H2O2) under ultraljudsmineralåtervinning från katoden. Ultraljudslakning med svavelsyra resulterade i återvinningsgrader på 94,63 % för kobolt respektive 98,62 % för litium.
Ultraljudslakning med organisk citronsyra (C6H8O7· H2O) resulterar i mycket höga återvinningar av koppar och litium, vilket ger 96 % koppar och nästan 100 % litium från de förbrukade litiumjonbatterierna.

Enkelt och säkert: Uppskalning med ultraljud från genomförbarhetstester till industriell återvinning

Högpresterande ultraljudsutrustning för återvinning av litiumjonbatterier finns lätt tillgänglig för bänk-, pilot- och industriell installation. Eftersom ultraljudskatodseparation och ultraljudslakning av mineraler från förbrukade batterier redan är etablerade processer, är processen från första försök, optimering till dina specifika processkrav och installation av ett fullt industriellt ultraljudsseparations- och/eller lakningssystem snabbt och enkelt.
Läs mer om fördelarna med ultraljudslakning för hållbar batteriåtervinning och urban mining!

Högpresterande ultraljudsapparater för batteriåtervinning

Hielscher Ultrasonics levererar högpresterande ultraljudsapparater i alla storlekar och kapacitet. Med UIP16000 (16 kW) tillverkar Hielscher den mest kraftfulla ultraljudsprocessorn i världen. Den UIP16000 liksom alla andra industriella ultraljudssystem kan enkelt klustras till den nödvändiga bearbetningskapaciteten. Alla Hielscher ultraljudsapparater är byggda för 24/7 drift under full belastning och i krävande miljöer.
Hielscher Ultrasonics’ Industriella ultraljudsprocessorer kan leverera mycket höga amplituder. Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt köras kontinuerligt i 24/7 drift. För ännu högre amplituder finns anpassade ultraljudssonotroder tillgängliga.

Ultraljudssonder och sono-reaktorer för alla volymer

Hielscher Ultrasonics produktsortiment täcker hela spektrumet av ultraljudsprocessorer från kompakta labb ultraljudsapparater över bänk-top och pilotsystem till fullt industriella ultraljudsprocessorer med kapacitet att bearbeta lastbilslaster per timme. Det kompletta produktsortimentet gör att vi kan erbjuda dig den mest lämpliga ultraljudsutrustningen för din applikation, processkapacitet och produktionsmål.

Exakt kontrollerbara amplituder för optimala resultat

Alla Hielscher ultraljudsprocessorer är exakt kontrollerbara och därmed tillförlitliga arbetshästar i R&D och produktion. Amplituden är en av de avgörande processparametrarna som påverkar effektiviteten och effektiviteten hos sonokemiskt och sonomekaniskt inducerade reaktioner. Alla Hielscher ultraljud’ processorer möjliggör exakt inställning av amplituden. Sonotrodes och boosterhorn är tillbehör som gör det möjligt att modifiera amplituden i ett ännu bredare intervall. Hielschers industriella ultraljudsprocessorer kan leverera mycket höga amplituder och leverera den ultraljudsintensitet som krävs för krävande applikationer. Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt köras kontinuerligt i 24/7 drift.
Exakta amplitudinställningar och permanent övervakning av ultraljudsprocessparametrarna via smart programvara ger dig möjlighet att separera katod från aluminiumfolien samt att läcka ut mineraler och metaller från förbrukade Li-ion-batterier under de mest effektiva ultraljudsförhållandena. Optimal ultraljudsbehandling för mest effektiv återvinning av Li-ion-batterier!
Robustheten hos Hielschers ultrssonicatorer möjliggör 24/7 drift vid tung belastning och i krävande miljöer. Detta gör Hielscher ultraljudsapparater till ett pålitligt arbetsredskap som uppfyller dina krav på återvinningsprocess.

Högsta kvalitet – Designad och tillverkad i Tyskland

Som ett familjeägt och familjeägt företag prioriterar Hielscher högsta kvalitetsstandarder för sina ultraljudsprocessorer. Alla ultraljudsapparater är utformade, tillverkade och grundligt testade i vårt huvudkontor i Teltow nära Berlin, Tyskland. Robustheten och tillförlitligheten hos Hielschers ultraljudsutrustning gör den till en arbetshäst i din produktion. 24/7 drift under full belastning och i krävande miljöer är en naturlig egenskap hos Hielschers högpresterande ultraljudssonder och reaktorer.

Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater:

Fakta som är värda att veta

Vad är litiumjonbatterier?

Ett litiumjonbatteri, även Li-ion-batteri, är en typ av uppladdningsbart batteri. Jämfört med bly- och nickelbaserade batterier använder litiumjonenheter en katod, en anod och elektrolyt som ledare.
Som alla batterier lagrar litiumjonbatterier kemisk energi, som sedan omvandlas till elektrisk energi för att ge en statisk elektrisk laddning för ström.
Litiumjonbatterier används ofta för bärbar elektronik som bärbara datorer, smarta telefoner och elfordon. Användningen av litiumjonbatterier väcker också ett ökat intresse från militären och flygindustrin.