อัลตราโซนิกช่วยให้การรีไซเคิลแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ลิเทียมเป็นวัสดุที่หายากและมีมูลค่าสูงมาก ซึ่งพบในแบตเตอรี่สมรรถนะสูง เช่น แบตเตอรี่ Li-ion ลิเทียมเป็นวัสดุที่มีมูลค่าสูงที่สุดที่นำกลับคืนได้จากการรีไซเคิลแบตเตอรี่ Li-ion แต่แร่และโลหะอื่น ๆ เช่น โคบอลต์ แมงกานีส นิกเกิล ทองแดง และอะลูมิเนียม ก็เป็นโลหะที่มีมูลค่าสำหรับการนำกลับคืนเช่นกัน การใช้อัลตราโซนิกความเข้มสูงใช้เป็นเทคนิคการกวนด้วยแรงเฉือนสูงและการชะละลาย เพื่อสกัด แยกออก และละลายแร่และโลหะที่มีมูลค่าจากแบตเตอรี่ใช้แล้ว วิธีการใช้อัลตราโซนิกนี้ให้ประสิทธิผลสูง ประหยัดพลังงาน และมีอุปกรณ์พร้อมสำหรับติดตั้งในโรงงานรีไซเคิลเชิงพาณิชย์เต็มรูปแบบ

ภาพรวม: กระบวนการรีไซเคิลแบตเตอรี่ Li-ion

กระบวนการรีไซเคิลโลหะมีค่าและวัสดุจากแบตเตอรี่ Li-ion ใช้แล้ว โดยทั่วไปประกอบด้วยหลายขั้นตอน ภาพรวมทั่วไปมีดังนี้:

1. การรวบรวมและคัดแยก: แบตเตอรี่ Li-ion ใช้แล้วจะถูกรวบรวมและคัดแยกตามประเภทและองค์ประกอบทางเคมี
2. การถอดแยกชิ้นส่วน: ขั้นแรก เปลือกพลาสติกของแบตเตอรี่จะถูกทำให้แตกและนำออก จากนั้นนำแบตเตอรี่ที่ไม่มีเปลือกหุ้มไปใส่ในไนโตรเจนเหลว เพื่อทำให้สารที่ไวต่อปฏิกิริยาและระเบิดได้หมดฤทธิ์ ขั้นตอนนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าจะป้องกันการปลดปล่อยพลังงานที่สะสมไว้ทั้งหมดอย่างฉับพลัน รวมถึงการติดไฟและการระเบิดที่เกี่ยวข้องซึ่งจะเกิดขึ้นตามมา จากนั้นจึงถอดแยกแบตเตอรี่เพื่อแยกส่วนประกอบต่าง ๆ เช่น แคโทด แอโนด อิเล็กโทรไลต์ และตัวเรือน
3. การย่อยเป็นชิ้นเล็ก: แบตเตอรี่ที่ถอดแยกแล้วจะถูกย่อยให้เป็นชิ้นเล็กลง เพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวสำหรับกระบวนการถัดไป
4. การแยกชั้นอิเล็กโทรด: ก่อนการบำบัดเพื่อสกัดโลหะ อิเล็กโทรดที่แยกออกมาแล้ว ได้แก่ แคโทดและแอโนด ต้องถูกถอดแยกเพิ่มเติม เนื่องจากโดยทั่วไปวัสดุแคโทดจะยึดติดกับแผ่นฟอยล์อะลูมิเนียมด้วยสารยึดประสาน ซึ่งมักเป็น polyvinylidene fluoride (PVDF) หรือ polytetrafluoroethylene (PTFE) การแยกแคโทดและแผ่นฟอยล์อะลูมิเนียมออกจากกันจึงเป็นงานที่ทำได้ยาก
5. การบำบัดทางเคมี: ส่วนประกอบแบตเตอรี่ที่ย่อยแล้วจะผ่านการบำบัดทางเคมีหลายวิธี เพื่อละลายและแยกวัสดุต่าง ๆ ซึ่งอาจรวมถึงการชะละลายด้วยกรดหรือตัวทำละลายอื่น ๆ เพื่อสกัดโลหะที่มีมูลค่า เช่น ลิเทียม โคบอลต์ นิกเกิล และทองแดง
6. การนำกลับคืนและการทำให้บริสุทธิ์: จากนั้นนำโลหะที่ละลายอยู่กลับคืนจากสารละลายด้วยกระบวนการต่าง ๆ เช่น การตกตะกอน การสกัดด้วยตัวทำละลาย หรือวิธีทางเคมีไฟฟ้า ขั้นตอนเหล่านี้ช่วยทำให้โลหะมีค่าบริสุทธิ์และเพิ่มความเข้มข้น

การใช้อัลตราโซนิกช่วยปรับปรุงการนำโลหะมีค่ากลับคืน

อัลตราซาวนด์กำลังสูงสามารถปรับปรุงขั้นตอนการแยกชั้นอิเล็กโทรดและการชะละลายโลหะมีค่าและวัสดุ โดยเพิ่มความเข้มของปฏิกิริยา จึงทำให้กระบวนการนำกลับคืนมีประสิทธิภาพมากขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ การใช้อัลตราโซนิกเป็นเทคนิคที่ใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ความเข้มสูงเพื่อสร้างการสั่นเชิงกลและคาวิเทชันทางเสียงในตัวกลางของเหลว แรงอันทรงพลังจากการใช้อัลตราโซนิกถูกนำมาใช้ปรับปรุงกระบวนการรีไซเคิลโลหะมีค่าจากแบตเตอรี่ Li-ion ใช้แล้วได้หลายวิธี:
 

1. การสลายตัว: การใช้อัลตราโซนิกทำให้วัสดุแบตเตอรี่ที่ย่อยแล้วแตกตัวจนเกิดอนุภาคที่เล็กลง อนุภาคที่เล็กลงมีพื้นที่ผิวมากขึ้น ทำให้การชะละลายทางเคมีมีประสิทธิผลมากขึ้น และช่วยให้โลหะที่มีมูลค่าหลุดออกจากวัสดุ
2. การชะละลายที่ดีขึ้น: การใช้อัลตราโซนิกในระหว่างกระบวนการชะละลายสามารถเพิ่มการสัมผัสระหว่างวัสดุของแข็งกับสารละลายชะละลาย จึงเพิ่มประสิทธิภาพการสกัดโลหะ การชะละลายด้วยอัลตราโซนิกส่งเสริมการสกัดโลหะและเพิ่มผลได้ของโลหะและแร่ที่นำกลับคืน เช่น โคบอลต์ แมงกานีส นิกเกิล ทองแดง และอะลูมิเนียม
3. การแยกชั้นอิเล็กโทรดที่ดีขึ้น: เป้าหมายของการแยกชั้นอิเล็กโทรดระหว่างการรีไซเคิลแบตเตอรี่คือการแยกส่วนประกอบต่าง ๆ เช่น อิเล็กโทรด อิเล็กโทรไลต์ และแผ่นกั้น เพื่อให้สามารถนำแต่ละส่วนไปผ่านกระบวนการต่อหรือรีไซเคิลแยกกันได้ การใช้อัลตราโซนิกช่วยให้สารเคลือบหลุดออกและถูกกำจัดออกจากอิเล็กโทรด แรงเชิงกลที่เกิดจากอัลตราซาวนด์ส่งเสริมการแยกชั้นต่าง ๆ ของอิเล็กโทรดอย่างมีประสิทธิภาพ
4. การเร่งปฏิกิริยา: การใช้อัลตราโซนิกส่งเสริมการผสมที่รวดเร็วและทั่วถึงยิ่งขึ้น ซึ่งสามารถเร่งปฏิกิริยาเคมีในขั้นตอนการนำโลหะกลับคืนและการทำให้บริสุทธิ์
5. การลดการใช้พลังงาน: การใช้อัลตราโซนิกสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการ ลดเวลาและพลังงานที่ต้องใช้ในการนำโลหะกลับคืนจากแบตเตอรี่ใช้แล้ว

 
การใช้อัลตราโซนิกสามารถมีบทบาทที่เป็นประโยชน์ในการปรับปรุงกระบวนการรีไซเคิลโลหะมีค่าและวัสดุจากแบตเตอรี่ Li-ion ใช้แล้ว โดยเพิ่มประสิทธิผลและประสิทธิภาพของขั้นตอนต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการรีไซเคิล
ขั้นตอนการชะละลายโลหะและการแยกชั้นอิเล็กโทรดด้วยอัลตราโซนิกสามารถปรับให้เหมาะกับกระบวนการรีไซเคิลแต่ละแบบ ซึ่งอาจแตกต่างกันไป เนื่องจากบริษัทที่เชี่ยวชาญด้านการรีไซเคิลแบตเตอรี่ Li-ion พัฒนาและปรับเปลี่ยนกระบวนการของตนเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงที่สุด

คาวิเทชันจากอัลตราโซนิกสำหรับการแยกแคโทด

การใช้อัลตราโซนิกแยกวัสดุแคโทดออกจากแผ่นฟอยล์อะลูมิเนียมด้วยผลของคาวิเทชันทางเสียง คาวิเทชันทางเสียงหรือคาวิเทชันจากอัลตราโซนิกมีลักษณะเป็นความดันสูงและอุณหภูมิสูงที่เกิดขึ้นเฉพาะจุด แล้วลดลงในเวลาต่อมา ทำให้เกิดความแตกต่างของความดันและอุณหภูมิตามลำดับ รวมทั้งความปั่นป่วนระดับจุลภาคอย่างรุนแรงและเจ็ตระดับจุลภาคที่มีแรงเฉือนสูง แรงจากคาวิเทชันเหล่านี้ส่งผลต่อขอบเขตพื้นผิว ส่งเสริมการถ่ายเทมวล และทำให้เกิดการกัดเซาะ ด้วยการสร้างแรงทางเคมี กายภาพ ความร้อน และเชิงกลที่รุนแรงเช่นนี้ คาวิเทชันจากอัลตราโซนิกจึงสร้างการกวนและการถ่ายเทมวลที่จำเป็นต่อการทำลายโครงสร้างสารยึดประสานอินทรีย์ที่ใช้ในแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนเพื่อยึดแคโทดกับตัวรวบรวมกระแส / แผ่นฟอยล์อะลูมิเนียม
แม้การกวนเชิงกล เช่น การกวนเพียงอย่างเดียว จะไม่เพียงพอที่จะทำให้วัสดุแคโทดหลุดออกจากแผ่นฟอยล์อะลูมิเนียมได้อย่างมีประสิทธิผล แต่การใช้อัลตราโซนิกความเข้มสูงให้พลังงานทางเคมีและเชิงกลที่เกิดจากอัลตราซาวนด์ ซึ่งจำเป็นต่อการแยกวัสดุแคโทดออกจากตัวรวบรวมกระแสได้อย่างสมบูรณ์ คาวิเทชันจากอัลตราโซนิกต่างจากการกวนเชิงกล โดยสร้างความปั่นป่วนรุนแรง อุณหภูมิและความดันสูงเฉพาะจุด รวมทั้งการกวน การไหล และเจ็ตของเหลว ซึ่งทำให้สารยึดประสาน เช่น PVDF หรือ PTFE ที่เชื่อมแคโทดกับแผ่นฟอยล์ Al แตกตัว และกัดเซาะพื้นผิวทั้งแคโทดและแผ่นฟอยล์ Al ด้วยเหตุนี้ สารยึดประสานระหว่างวัสดุทั้งสองจึงถูกทำลายอย่างเหมาะสม และแคโทดกับแผ่นฟอยล์อะลูมิเนียมจึงแยกออกจากกันอย่างมีประสิทธิผล
ตัวอย่างเช่น การแยกด้วยอัลตราโซนิกให้ประสิทธิภาพสูงในการกำจัดแคโทดถึง 99% โดยใช้ N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) เป็นตัวทำละลายที่ 70°C (กำลังอัลตราโซนิก 240 W และเวลาในการประมวลผลด้วยอัลตราโซนิก 90 min) เนื่องจากการแยกแคโทดด้วยอัลตราโซนิกช่วยกระจายวัสดุอย่างสม่ำเสมอและป้องกันการเกิดกลุ่มอนุภาคขนาดใหญ่ จึงช่วยให้กระบวนการชะละลายโลหะในขั้นตอนถัดไปทำได้ง่ายขึ้น
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการแยกชั้นอิเล็กโทรดด้วยอัลตราโซนิกเพื่อนำวัสดุแอกทีฟและแผ่นฟอยล์ตัวรวบรวมกระแสกลับคืน!

การชะละลายแร่ด้วยอัลตราโซนิก

ผลของคาวิเทชันจากอัลตราโซนิกที่อธิบายข้างต้นยังส่งเสริมการชะละลายโลหะจากแบตเตอรี่ใช้แล้วด้วย การใช้อัลตราโซนิกความเข้มสูงไม่ได้ใช้เฉพาะในการนำแร่กลับคืนจากการรีไซเคิลแบตเตอรี่เท่านั้น แต่ยังมักใช้ในโลหวิทยาสารละลายและการชะละลายสินแร่มีค่า (เช่น หางแร่จากการทำเหมือง) อุณหภูมิ ความดัน และแรงเฉือนที่สูงเฉพาะจุดช่วยเสริมกระบวนการชะละลายโลหะและเพิ่มประสิทธิภาพการชะละลายอย่างมีนัยสำคัญ แม้บริเวณจุดร้อนของคาวิเทชันจะมีอุณหภูมิสูงมากเฉพาะจุดถึง 1000 K แต่สภาวะการชะละลายโดยรวมต้องการอุณหภูมิปานกลางเพียงประมาณ 50–60°C เท่านั้น จึงทำให้การนำโลหะกลับคืนด้วยอัลตราโซนิกประหยัดพลังงานและคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ
การชะละลายแร่จากแบตเตอรี่ Li-ion ใช้แล้วด้วยอัลตราโซนิกมีลักษณะเด่นคืออัตราการนำกลับคืนและประสิทธิภาพสูง ตัวอย่างเช่น มีการใช้กรดซัลฟิวริก (H2SO4) เป็นสารชะละลายได้สำเร็จในสภาวะที่มีไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H2O2) ระหว่างการนำแร่กลับคืนจากแคโทดด้วยอัลตราโซนิก การชะละลายด้วยอัลตราโซนิกโดยใช้กรดซัลฟิวริกให้อัตราการนำโคบอลต์และลิเทียมกลับคืนเท่ากับ 94.63% และ 98.62% ตามลำดับ
การชะละลายด้วยอัลตราโซนิกโดยใช้กรดอินทรีย์ซิตริก (C6H8O7·H2O) ให้การนำทองแดงและลิเทียมกลับคืนในระดับสูงมาก โดยได้ทองแดง 96% และลิเทียมเกือบ 100% จากแบตเตอรี่ Li-ion ใช้แล้ว

ง่ายและปลอดภัย: การขยายขนาดกระบวนการอัลตราโซนิกจากการทดสอบความเป็นไปได้สู่การรีไซเคิลระดับอุตสาหกรรม

อุปกรณ์อัลตราโซนิกสมรรถนะสูงสำหรับการรีไซเคิลแบตเตอรี่ Li-ion มีพร้อมสำหรับติดตั้งทั้งแบบตั้งโต๊ะ ระดับนำร่อง และระดับอุตสาหกรรม เนื่องจากการแยกแคโทดด้วยอัลตราโซนิกและการชะละลายแร่จากแบตเตอรี่ใช้แล้วด้วยอัลตราโซนิกเป็นกระบวนการที่ได้รับการยอมรับและใช้งานแล้ว ขั้นตอนตั้งแต่การทดลองครั้งแรก การปรับให้เหมาะสมกับข้อกำหนดเฉพาะของกระบวนการของคุณ จนถึงการติดตั้งระบบแยกและ/หรือชะละลายด้วยอัลตราโซนิกระดับอุตสาหกรรมเต็มรูปแบบจึงรวดเร็วและง่าย
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับข้อดีของการชะละลายด้วยอัลตราโซนิกสำหรับการรีไซเคิลแบตเตอรี่อย่างยั่งยืนและการทำเหมืองในเมือง!

เครื่องอัลตราโซนิกสมรรถนะสูงสำหรับการรีไซเคิลแบตเตอรี่

Hielscher Ultrasonics จัดหาเครื่องอัลตราโซนิกสมรรถนะสูงทุกขนาดและทุกกำลังการประมวลผล ด้วย UIP16000 (16kW) Hielscher ผลิตเครื่องประมวลผลอัลตราโซนิกที่ทรงพลังที่สุดในโลก UIP16000 รวมถึงระบบอัลตราโซนิกอุตสาหกรรมอื่น ๆ ทั้งหมด สามารถจัดรวมเป็นกลุ่มได้อย่างง่ายดายเพื่อให้ได้กำลังการประมวลผลตามที่ต้องการ เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher ทุกเครื่องสร้างขึ้นเพื่อการทำงานตลอด 24/7 ภายใต้ภาระเต็มกำลังและในสภาพแวดล้อมที่มีข้อกำหนดการทำงานสูง
เครื่องประมวลผลอัลตราโซนิกอุตสาหกรรมของ Hielscher Ultrasonics สามารถให้แอมพลิจูดสูงมาก สามารถทำงานอย่างต่อเนื่องตลอด 24/7 ที่แอมพลิจูดสูงถึง 200µm ได้อย่างง่ายดาย สำหรับแอมพลิจูดที่สูงกว่านี้ มีโซโนโทรดอัลตราโซนิกที่ปรับแต่งตามความต้องการให้เลือกใช้

โพรบอัลตราโซนิกและเครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกสำหรับทุกปริมาตร

กลุ่มผลิตภัณฑ์ของ Hielscher Ultrasonics ครอบคลุมเครื่องประมวลผลอัลตราโซนิกครบทุกระดับ ตั้งแต่เครื่องอัลตราโซนิกห้องปฏิบัติการขนาดกะทัดรัด ระบบแบบตั้งโต๊ะและระดับนำร่อง ไปจนถึงเครื่องประมวลผลอัลตราโซนิกระดับอุตสาหกรรมเต็มรูปแบบที่สามารถประมวลผลวัสดุได้หลายคันรถบรรทุกต่อชั่วโมง กลุ่มผลิตภัณฑ์ที่ครบถ้วนช่วยให้เราสามารถเสนออุปกรณ์อัลตราโซนิกที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการใช้งาน กำลังการประมวลผล และเป้าหมายการผลิตของคุณ

แอมพลิจูดที่ควบคุมได้อย่างแม่นยำเพื่อผลลัพธ์ที่เหมาะสมที่สุด

เครื่องประมวลผลอัลตราโซนิก Hielscher ทุกเครื่องสามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำ จึงเป็นเครื่องมือทำงานที่เชื่อถือได้ในการวิจัยและพัฒนาและการผลิต แอมพลิจูดเป็นหนึ่งในพารามิเตอร์สำคัญของกระบวนการที่มีอิทธิพลต่อประสิทธิภาพและประสิทธิผลของปฏิกิริยาที่เหนี่ยวนำด้วยผลทางเคมีและเชิงกลจากอัลตราซาวนด์ เครื่องประมวลผลของ Hielscher Ultrasonics ทุกเครื่องสามารถตั้งค่าแอมพลิจูดได้อย่างแม่นยำ โซโนโทรดและฮอร์นเพิ่มแอมพลิจูดเป็นอุปกรณ์เสริมที่ช่วยให้ปรับแอมพลิจูดได้ในช่วงที่กว้างยิ่งขึ้น เครื่องประมวลผลอัลตราโซนิกอุตสาหกรรมของ Hielscher สามารถให้แอมพลิจูดสูงมากและให้ความเข้มอัลตราโซนิกตามที่จำเป็นสำหรับการใช้งานที่มีข้อกำหนดสูง สามารถทำงานอย่างต่อเนื่องตลอด 24/7 ที่แอมพลิจูดสูงถึง 200µm ได้อย่างง่ายดาย
การตั้งค่าแอมพลิจูดอย่างแม่นยำและการตรวจติดตามพารามิเตอร์กระบวนการอัลตราโซนิกอย่างต่อเนื่องผ่านซอฟต์แวร์อัจฉริยะ ช่วยให้คุณสามารถแยกแคโทดออกจากแผ่นฟอยล์อะลูมิเนียม รวมถึงชะละลายแร่และโลหะจากแบตเตอรี่ Li-ion ใช้แล้ว ภายใต้สภาวะอัลตราโซนิกที่ให้ประสิทธิผลสูงที่สุด การใช้อัลตราโซนิกที่เหมาะสมที่สุดเพื่อการรีไซเคิลแบตเตอรี่ Li-ion ที่มีประสิทธิภาพสูงที่สุด!
ความแข็งแกร่งทนทานของเครื่องอัลตราโซนิก Hielscher ช่วยให้ทำงานตลอด 24/7 ในงานหนักและสภาพแวดล้อมที่มีข้อกำหนดการทำงานสูงได้ จึงทำให้เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher เป็นเครื่องมือทำงานที่เชื่อถือได้และตอบสนองข้อกำหนดของกระบวนการรีไซเคิลของคุณ

คุณภาพสูงที่สุด – ออกแบบและผลิตในเยอรมนี

ในฐานะธุรกิจที่ครอบครัวเป็นเจ้าของและบริหาร Hielscher ให้ความสำคัญกับมาตรฐานคุณภาพสูงที่สุดสำหรับเครื่องประมวลผลอัลตราโซนิกของตน เครื่องอัลตราโซนิกทุกเครื่องได้รับการออกแบบ ผลิต และทดสอบอย่างละเอียดที่สำนักงานใหญ่ของเราในเมือง Teltow ใกล้กรุงเบอร์ลิน ประเทศเยอรมนี ความแข็งแกร่งทนทานและความเชื่อถือได้ของอุปกรณ์อัลตราโซนิก Hielscher ทำให้อุปกรณ์เหล่านี้เป็นเครื่องมือทำงานที่ทนทานในการผลิตของคุณ การทำงานตลอด 24/7 ภายใต้ภาระเต็มกำลังและในสภาพแวดล้อมที่มีข้อกำหนดการทำงานสูงเป็นคุณลักษณะพื้นฐานของโพรบและเครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกสมรรถนะสูงของ Hielscher

ตารางด้านล่างแสดงกำลังการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา:

ข้อเท็จจริงที่ควรรู้

แบตเตอรี่ลิเทียมไอออนคืออะไร?

แบตเตอรี่ลิเทียมไอออน หรือแบตเตอรี่ Li-ion เป็นแบตเตอรี่ชนิดหนึ่งที่ชาร์จซ้ำได้ เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ที่ใช้ตะกั่วและนิกเกิล แบตเตอรี่ลิเทียมไอออนใช้แคโทด แอโนด และอิเล็กโทรไลต์เป็นตัวนำ
เช่นเดียวกับแบตเตอรี่ทุกชนิด แบตเตอรี่ Li-ion เก็บสะสมพลังงานเคมี ซึ่งจะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าเพื่อให้ประจุไฟฟ้าสถิตสำหรับการจ่ายพลังงาน
แบตเตอรี่ลิเทียมไอออนมักใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พกพา เช่น คอมพิวเตอร์แล็ปท็อป สมาร์ตโฟน รวมถึงยานยนต์ไฟฟ้า การใช้งานแบตเตอรี่ Li-ion ยังได้รับความสนใจเพิ่มขึ้นจากหน่วยงานทหารและบริษัทด้านการบินและอวกาศ