การรีไซเคิลอิเล็กโทรด – มีประสิทธิภาพสูงด้วยอัลตราโซนิก Delamination

อัลตราโซนิก delamination ของอิเล็กโทรดช่วยให้การกู้คืนวัสดุที่ใช้งานเช่นลิเธียมนิกเกิลแมงกานีสโคบอลต์ ฯลฯ ภายในไม่กี่วินาที ดังนั้นการปนเปื้อนของอิเล็กโทรดอัลตราโซนิกทําให้การฟื้นตัวของวัสดุที่นํากลับมาใช้ใหม่ได้จากแบตเตอรี่เร็วขึ้นสีเขียวและพลังงานน้อยลงอย่างมีนัยสําคัญ การวิจัยได้พิสูจน์แล้วว่าการปนเปื้อนล้ําสามารถเร็วกว่าเทคนิคการรีไซเคิลทั่วไป 100 เท่า

อัลตราซาวนด์พลังงานช่วยเพิ่มการกู้คืนของวัสดุที่ใช้งานจากขั้วไฟฟ้า

การปนเปื้อนของขั้วไฟฟ้าที่ยืนยันด้วย ultrasonically มีวิธีการที่รวดเร็วมีประสิทธิภาพและยั่งยืนในการกู้คืนวัสดุที่ใช้งานและฟอยล์ ชิ้นส่วนของอิเล็กโทรดเหล่านี้เป็นวัสดุที่มีค่าซึ่งสามารถนํากลับมาใช้ใหม่สําหรับการผลิตแบตเตอรี่ใหม่ การปนเปื้อนด้วยอัลตราโซนิกไม่เพียง แต่ประหยัดพลังงานมากกว่ากระบวนการรีไซเคิล hydrometallurgical และ pyrometallurgical อย่างมีนัยสําคัญพวกเขายังให้ผลผลิตในวัสดุที่มีความบริสุทธิ์สูงกว่า

การรีไซเคิลแบตเตอรี่: การแยกอิเล็กโทรดและการปนเปื้อน

การรีไซเคิลแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (LIB) มีวัตถุประสงค์เพื่อกู้คืนวัสดุที่มีค่า อิเล็กโทรดมีวัสดุที่มีค่าและหายากเช่นลิเธียมนิกเกิลแมงกานีสโคบอลต์โคบอลต์ ฯลฯ ซึ่งสามารถกู้คืนได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยใช้กระบวนการทําลายล้างอัลตราโซนิกอย่างต่อเนื่อง โปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกพร้อมกับโพรบ (sonotrode) สามารถสร้างแอมพลิจูดที่รุนแรง แอมพลิจูดส่งคลื่นอัลตราซาวนด์เข้าไปในตัวกลางของเหลว (เช่นอ่างตัวทําละลาย) ซึ่งเนื่องจากการสลับรอบแรงดันสูง / ความดันต่ําฟองสุญญากาศนาทีเกิดขึ้น ฟองสุญญากาศเหล่านี้เติบโตในช่วงไม่กี่รอบจนกว่าจะถึงขนาดที่พวกเขาไม่สามารถดูดซับพลังงานเพิ่มเติมใด ๆ ณ จุดนี้ฟองอากาศระเบิดอย่างรุนแรง การระเบิดของฟองสบู่สร้างสภาพแวดล้อมที่มีพลังงานหนาแน่นสูงในท้องถิ่นด้วยไอพ่นเหลวที่มีความเร็วสูงสุด 280m / s ความปั่นป่วนที่รุนแรงอุณหภูมิสูงมาก (ประมาณ 5,000K) ความดัน (ประมาณ 2,000atm) และตามความแตกต่างของอุณหภูมิและความดัน
ปรากฏการณ์ของการระเบิดฟองอากาศที่เหนี่ยวนําให้เกิดอัลตราโซนิกนี้เป็นที่รู้จักกันโพรงอากาศอะคูสติก ผลกระทบของโพรงอากาศอะคูสติกเอาฟิล์มคอมโพสิตของวัสดุที่ใช้งานจากตัวสะสมกระแสฟอยล์ซึ่งเคลือบทั้งสองด้านด้วยฟิล์มคอมโพสิต วัสดุที่ใช้งานส่วนใหญ่ประกอบด้วยส่วนผสมของลิเธียมแมงกานีสออกไซด์ (LMO) และลิเธียมนิกเกิลแมงกานีสโคบอลต์ออกไซด์ (LiNiMnCoO2 หรือ NMC) ผงเช่นเดียวกับคาร์บอนแบล็คเป็นสารเติมแต่งนําไฟฟ้า
กลไกของ delamination ล้ําจะขึ้นอยู่กับกองกําลังทางกายภาพซึ่งมีความสามารถในการทําลายพันธะโมเลกุล เนื่องจากความเข้มของอัลตราซาวนด์พลังงานมักจะเป็นตัวทําละลายที่อ่อนกว่าเพียงพอที่จะลบชั้นของวัสดุที่ใช้งานจากฟอยล์หรือตัวสะสมปัจจุบัน ดังนั้นการปนเปื้อนล้ําเสียงของอิเล็กโทรดจะเร็วขึ้นเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและพลังงานน้อยอย่างมีนัยสําคัญ

การสแกนกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (SEM) ภาพแสดงการเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยาของวัสดุที่ใช้งานอิเล็กโทรดเมื่อ delamination ล้ําเสียง ภาพทั้งหมดถ่ายด้วยกําลังขยาย 5000 เท่าและพลังงานกระตุ้น 10 kV ก) วัสดุแคโทดก่อนการปนเปื้อนข) วัสดุที่ใช้งานแคโทดที่ปนเปื้อนค) วัสดุขั้วบวกก่อนการผสมเทียมและ d) วัสดุขั้วบวกที่ผ่านการผสมเทียม
(การศึกษาและรูปภาพ: Lei et al., 2021)

การหั่นแบตเตอรี่กับการแยกอิเล็กโทรด

สําหรับการฟื้นตัวของวัสดุที่ใช้งานทั้งตัวทําละลายน้ําหรืออินทรีย์จะใช้เพื่อละลายฟอยล์โลหะเครื่องผูกโพลิเมอร์และ / หรือวัสดุที่ใช้งาน การออกแบบกระบวนการและการไหลมีอิทธิพลต่อผลลัพธ์สุดท้ายของการกู้คืนวัสดุอย่างมีนัยสําคัญ กระบวนการรีไซเคิลแบตเตอรี่แบบดั้งเดิมเกี่ยวข้องกับการทําลายโมดูลแบตเตอรี่ อย่างไรก็ตามส่วนประกอบที่ฉีกขาดนั้นยากที่จะแยกออกเป็นส่วนประกอบแต่ละชิ้น มันต้องมีการประมวลผลที่ซับซ้อนเพื่อให้ได้วัสดุที่ใช้งาน / มีค่าจากมวลหั่นฝอย เพื่อที่จะนําวัสดุที่ใช้งานที่กู้คืนกลับมาใช้ใหม่จําเป็นต้องมีความบริสุทธิ์ในระดับหนึ่ง การดึงวัสดุที่บริสุทธิ์สูงจากแบตเตอรี่หั่นฝอยจํานวนมากเกี่ยวข้องกับกระบวนการที่ซับซ้อนตัวทําละลายที่รุนแรงและมีราคาแพง การชะล้างอัลตราโซนิกประสบความสําเร็จในการทวีความรุนแรงและเพิ่มผลลัพธ์ของการกู้คืนวัสดุที่ใช้งานจากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนหั่นฝอย
ในฐานะที่เป็นกระบวนการทางเลือกในการหั่นย่อยแบบดั้งเดิมการแยกอิเล็กโทรดได้รับการแสดงเป็นกระบวนการรีไซเคิลแบตเตอรี่ที่มีประสิทธิภาพซึ่งสามารถปรับปรุงความบริสุทธิ์ของวัสดุที่ได้รับได้อย่างมาก สําหรับกระบวนการแยกอิเล็กโทรดแบตเตอรี่จะถูกถอดประกอบเป็นส่วนประกอบหลัก เนื่องจากอิเล็กโทรดมีส่วนแบ่งที่ใหญ่ที่สุดของวัสดุที่มีค่าอิเล็กโทรดจะถูกแยกออกและรักษาทางเคมีเพื่อละลายวัสดุที่ใช้งาน (ลิเธียมนิกเกิลแมงกานีสโคบอลต์ ... ) จากฟอยล์เคลือบหรือตัวสะสมกระแสไฟฟ้า Ultrasonication เป็นที่รู้จักกันดีสําหรับผลกระทบที่รุนแรงที่เกิดจากโพรงอากาศอะคูสติก แรงโซโนเมคยานิกใช้การสั่นและแรงเฉือนเพียงพอที่จะถอดวัสดุที่ใช้งานซึ่งวางซ้อนกันลงบนฟอยล์ (โครงสร้างของฟอยล์เคลือบคล้ายกับแซนวิชฟอยล์ตรงกลางและชั้นวัสดุที่ใช้งานสร้างพื้นผิวด้านนอก)
การแยกอิเล็กโทรดจะทําให้ตัวเลือกที่มีศักยภาพมากกว่าการฉีกขาดเมื่อใช้ร่วมกับการถอดชิ้นส่วนอัตโนมัติทําให้สามารถเก็บกระแสของเสียที่บริสุทธิ์และการเก็บรักษามูลค่าที่มากขึ้นในการจัดหา

โซนิก Sonotrodes สําหรับ Delamination อิเล็กโทรด

sonotrodes พิเศษที่ให้แอมพลิจูดที่จําเป็นเพื่อลบวัสดุที่ใช้งานออกจากฟอยล์อิเล็กโทรดพร้อมใช้งาน เมื่อความเข้มของโพรงอากาศอะคูสติกลดลงตามระยะห่างที่เพิ่มขึ้นระหว่างโซโนทรอยด์และอิเล็กโทรดระยะห่างที่สม่ําเสมออย่างต่อเนื่องระหว่างโซโนทรูดและอิเล็กโทรดก็ดี ซึ่งหมายความว่าแผ่นอิเล็กโทรดควรเคลื่อนที่อย่างใกล้ชิดใต้ปลาย sonotrode ซึ่งคลื่นความดันมีความแข็งแรงและความหนาแน่นของโพรงอากาศสูง ด้วย sonotrodes พิเศษที่มีความกว้างกว้างกว่าโพรบอัลตราโซนิกทรงกระบอกมาตรฐาน Hielscher Ultrasonics นําเสนอโซลูชั่นที่มีประสิทธิภาพสําหรับการปนเปื้อนเครื่องแบบของแผ่นอิเล็กโทรดจากยานพาหนะไฟฟ้า ตัวอย่างเช่นอิเล็กโทรดที่ใช้ในแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า (EV) ของเซลล์กระเป๋ามักจะมีความกว้างประมาณ 20 ซม. sonotrode ที่มีความกว้างเท่ากันจะส่งโพรงอากาศอะคูสติกอย่างสม่ําเสมอที่พื้นผิวอิเล็กโทรดทั้งหมด ดังนั้นภายในไม่กี่วินาทีชั้นของวัสดุที่ใช้งานจะถูกปล่อยเข้าไปในตัวทําละลายและสามารถสกัดและบริสุทธิ์เป็นผง ผงนี้สามารถนํากลับมาใช้ใหม่สําหรับการผลิตแบตเตอรี่ใหม่
ทีมวิจัยของสถาบันฟาราเดย์ของสหราชอาณาจักรรายงานว่าการกําจัดชั้นวัสดุที่ใช้งานจากอิเล็กโทรด LIB สามารถทําได้ในเวลาน้อยกว่า 10 วินาทีเมื่ออิเล็กโทรดตั้งอยู่ใต้ sonotrode พลังงานสูง (1000 ถึง 2000 W เช่น UIP1000hdT หรือ UIP2000hdT). ในระหว่างการรักษาอัลตราโซนิกพันธะกาวระหว่างวัสดุที่ใช้งานและนักสะสมปัจจุบันจะเสียเพื่อให้ในขั้นตอนการทําให้บริสุทธิ์ที่ตามมาสะสมปัจจุบันเหมือนเดิมและผงวัสดุที่ใช้งานสามารถกู้คืนได้

ภาพแสดงผลกระทบของอัลตราซาวนด์ที่ด้านหลังของ: ก) แผ่นขั้วบวกแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและข) แผ่นแคโทดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ขั้วบวกถูกกําจัดในสารละลายของกรดซิตริก 0.05 M; แคโทดถูกกําจัดในสารละลาย 0.1 M NaOH โซโนโทรดมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 มม. มีความเข้มของพลังงาน 120 W / cm2 ใช้สําหรับ 3 วินาทีที่ 2.5 มม. ห่างจาก sonotrode ขนาดตัวอย่าง 3 ซม. x 3 ซม.
(การศึกษาและรูปภาพ: Lei et al., 2021)

Ultrasonicators สําหรับอิเล็กโทรดเดลามิเนชั่น

Hielscher Ultrasonics ออกแบบผลิตและจัดจําหน่ายโปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงซึ่งทํางานในช่วง 20kHz Hielscher Ultrasonics’ ultrasonicators อุตสาหกรรมเป็นโปรเซสเซอร์อัลตราซาวนด์พลังงานสูงซึ่งสามารถส่งมอบแอมพลิจูดสูงมากสําหรับการใช้งานที่ต้องการ แอมพลิจูดสูงสุด 200μm สามารถทํางานอย่างต่อเนื่องได้อย่างง่ายดายในการดําเนินงาน 24/7 สําหรับแอมพลิจูดที่สูงขึ้นมี sonotrodes ล้ําที่กําหนดเอง สําหรับกระบวนการทําลายล้างอย่างต่อเนื่องของอิเล็กโทรด Hielscher มีช่วงของมาตรฐานเช่นเดียวกับ sonotrodes ที่กําหนดเอง ขนาด sonotrode สามารถปรับให้เข้ากับขนาดและความกว้างของวัสดุอิเล็กโทรดจึงกําหนดเป้าหมายเงื่อนไขกระบวนการที่เหมาะสมสําหรับปริมาณงานสูงและการกู้คืนที่เหนือกว่า

วรรณกรรม / อ้างอิง