Lityum İyon Pillerin Geri Dönüşümü için Ultrasonik

  • Elektrikli araçlarda kullanılan lityum iyon aküler artık kitle pazarına geliyor ve bununla birlikte geri dönüşüm kapasiteleri geliştirilmelidir.
  • Ultrasonik liç, kullanılmış Li-ion bataryalardan Li, Mg, Co, Ni gibi metalleri geri kazanmak için verimli, çevre dostu bir tekniktir.
  • Liç uygulamaları için Hielscher endüstriyel ultrasonik sistemler güvenilir ve sağlamdır ve mevcut geri dönüşüm tesislerine kolayca entegre edilebilir.

Lityum İyon Pillerin Geri Dönüşümü

Lityum iyon piller, elektrikli araçlarda (EV), dizüstü bilgisayarlarda ve cep telefonlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu, harcanan Lityum-iyon piller atık yönetimi ve geri dönüşüm ile ilgili geçerli bir zorluk anlamına gelir. Piller EVs için büyük bir maliyet sürücüsü, ve onların bertaraf pahalı, çok. Pil israfı değerli malzemeler içerdiğinden ve Lityum iyon piller üretiminde karbon ayak izini azaltmaya yardımcı olduktan sonra çevre ve ekonomik yönleri kapalı bir geri dönüşüm döngüsü için itin.
Li-ion pillerin geri dönüşümü, ender toprak metalleri ve diğer batarya bileşenlerinin gelecekteki kullanılabilirliğini sağlamak ve madenciliğin çevresel maliyetlerini azaltmak için gelişen bir endüstri sektörüne doğru büyümektedir.

Bilgi talebi





Hielscher's ultrasonicators are reliable and robust systems for the leaching of metals.

48kW ultrasonik işlemci
metallerin liçlenmesi gibi zorlu uygulamalar için

Pirometalurjik ve Hidrometalurjik Geri Dönüşüm vs Ultrasonik Pil Geri Dönüşüm

Aşağıda, pirometalurjik ve hidrometalurjik işlemlerin geleneksel yöntemlerini, avantajlar ve dezavantajlar ile ilgili ultrasonik liç tekniği ile karşılaştırıyoruz.

Geleneksel Pil Geri Dönüşümünün Dezavantajları

Lityum-iyon pil geri dönüşümü için kullanılan geleneksel yöntemler, pirometalurjik ve hidrometalurjik süreçleri içerir.
 
Pirometalurjik yöntemler eritme veya yakma gibi yüksek sıcaklıktaki işlemleri içerir. Piller aşırı ısıya maruz kalır, bu da organik bileşenlerin yanmasına neden olur ve kalan metalik bileşenler eritilir ve ayrılır. Bununla birlikte, bu yöntemlerin bazı dezavantajları vardır:

  • Çevresel Etki: Pirometalurjik süreçler zararlı emisyonları ve kirleticileri atmosfere salarak hava kirliliğine katkıda bulunur ve potansiyel olarak sağlık tehlikelerine neden olur.
  • Malzeme Kaybı: Yüksek sıcaklıktaki prosesler, termal bozunma nedeniyle değerli malzemelerin ve metallerin kaybına neden olabilir ve genel geri kazanım oranını azaltabilir.
  • Enerji Yoğun: Bu yöntemler tipik olarak işletme maliyetlerini ve çevresel ayak izini artıran önemli miktarda enerji girdisi gerektirir.

 
Hidrometalurjik yöntemler akü bileşenlerini çözmek ve değerli metalleri çıkarmak için kimyasal liç içerir. Pirometalurjik yöntemlerden daha çevre dostu olsa da, hidrometalurjinin kendi dezavantajları vardır:

  • Kimyasal Kullanımı: Liç için güçlü asitlere veya diğer aşındırıcı kimyasallara ihtiyaç vardır, bu da kimyasal işleme, atık yönetimi ve potansiyel çevresel kirlenme ile ilgili endişeleri artırır.
  • Seçicilik Zorlukları: İstenilen metallerin seçici olarak liç edilmesini sağlamak zor olabilir, bu da daha düşük geri kazanım oranlarına ve potansiyel olarak değerli kaynak kaybına neden olabilir.

 

Ultrasonik Pil Liçi Konvansiyonel Tekniklere Göre Avantajları

Her ikisiyle karşılaştırıldığında, pirometalurjik ve hidrometalurjik geri dönüşüm teknikleri, ultrasonik pil geri dönüşüm tekniği çeşitli avantajlar nedeniyle rekabet eder:

  1. Gelişmiş Verimlilik: Ultrasonik sonikasyon, pil malzemelerinin bozulmasını hızlandırabilir, bu da daha kısa işlem süreleri ve daha yüksek genel verimlilik ile sonuçlanır.
  2. Geliştirilmiş Kurtarma Oranları: Ultrasonik kavitasyonun kontrollü uygulaması, değerli metallerin geri kazanım oranlarını artırarak pil bileşenlerinin parçalanmasını arttırır.
  3. Çevre dostu: Ultrasonik geri dönüşüm, yüksek sıcaklıklara ve sert kimyasallara olan bağımlılığı azaltır, çevresel etkiyi en aza indirir ve kirleticilerin emisyonlarını azaltır.
  4. Seçici Liç İşlemi: Ultrasonun kontrollü uygulaması, batarya içindeki belirli bileşenlerin hedeflenen bozulmasına izin verir ve bunları verimli bir şekilde ayırır. Farklı geri dönüştürülebilir pil bileşikleri, belirli ultrasonik yoğunluklar altında çözünmüş olarak çıkarıldığından, optimize edilmiş işleme parametreleri, bireysel malzemelerin seçici bir şekilde liç edilmesine izin verir. Bu, değerli metallerin ve malzemelerin verimli bir şekilde ayrılmasını kolaylaştırır.
  5. Azaltılmış enerji tüketimi: Her ikisiyle karşılaştırıldığında, hidrometalurjik ve özellikle pirometalurjik yöntemlerle, ultrasonik geri dönüşüm genellikle daha enerji verimlidir, bu da daha düşük işletme maliyetlerine ve daha düşük karbon ayak izine yol açar.
  6. Ölçeklenebilirlik ve Esneklik: Ultrasonik sistemler, çeşitli pil boyutlarına ve üretim kapasitelerine uyum sağlamak için kolayca yukarı veya aşağı ölçeklendirilebilir. Ek olarak, pil geri dönüşümü için ultrasonicators zaten mevcut pil geri dönüşüm tesislerine kolayca entegre edilebilir. Çeşitli güç ölçeklerinde ve ultrasonik problar ve akış hücresi reaktörleri gibi eşleşen aksesuarlarda kolayca bulunabilen ultrasonicators, geri dönüşüm işlemlerinde ölçeklenebilirlik ve uyarlanabilirlik sağlayan pil bileşenlerini çeşitli boyutlarda ve üretim kapasitelerinde işleyebilir.
  7. Sinerjik Entegrasyon: Ultrasonik liç, harcanan Li-ion pillerden değerli metallerin ve malzemelerin hidrometalurjik liç işlemini yoğunlaştırmak ve geliştirmek için mevcut hidrometalurjik pil geri dönüşüm hatlarına entegre edilebilir.

Genel olarak, ultrasonik pil geri dönüşümü, geleneksel pirometalurjik ve hidrometalurjik yaklaşımlara kıyasla daha çevre dostu, verimli ve seçici bir yöntem olarak umut vaat etmektedir.

 

Hielscher Cascatrode güçlü ultrasonik kavitasyon

Hielscher Cascatrode güçlü ultrasonik kavitasyon

 

Bilgi talebi





Harcanan Pillerden Metal Geri Kazanımı için Endüstriyel Ultrasonik Liç

Lityum kobalt oksit pillerin (örn. Dizüstü bilgisayarlardan, akıllı telefonlardan vb.) Ve ayrıca lityum-nikel-manganez-kobalt pillerin (örneğin elektrikli araçlardan) geri dönüşüm işlemlerine ultrasonik liç ve metal ekstraksiyonu uygulanabilir.
Harcanan Li-ion pillerden metal geri kazanımı için endüstriyel çok problu ultrasonik reaktör. Ultarsonic liç, lityum, kobalt, bakır, alüminyum ve nikel için yüksek geri kazanım verimi sağlar.Yüksek güçlü ultrason, kütle transferini iyileştirmek ve kimyasal reaksiyonları başlatmak için kimyasal sıvıları ve bulamaçları işleme kabiliyeti ile iyi bilinir.
Güç ultrasonikasyonunun yoğun etkileri, akustik kavitasyon olgusuna dayanmaktadır. Yüksek güçlü ultrasonun sıvılara / bulamaçlara bağlanmasıyla, sıvılardaki alternatif düşük basınçlı ve yüksek basınç dalgaları küçük vakum kabarcıkları oluşturur. Küçük vakum boşlukları, şiddetli bir şekilde yayılana kadar çeşitli düşük basınç / yüksek basınç döngüleri boyunca büyür. Çökmekte olan vakum kabarcıkları, 5000 K'ye kadar sıcaklıkların, 1000 dereceye kadar basınçların ve 10'un üzerinde ısıtma ve soğutma oranlarının olduğu mikroreaktörler olarak düşünülebilir.-10 olmak. Ayrıca, güçlü hidrodinamik kesme kuvvetleri ve 280m / s hıza kadar sıvı jetleri üretilir. Akustik kavitasyonun bu aşırı koşulları, aksi takdirde soğuk sıvılarda olağanüstü fiziksel ve kimyasal koşullar yaratır ve kimyasal reaksiyonlar için faydalı bir ortam yaratır (sözde Sono-kimya).

Kullanılmış Li-İyon Pillerin Geri Dönüşümünde Ultrasonik Liç. (Büyütmek için tıklayın!)

Bitmiş pil atıklarından metallerin ultrasonik süzdürülmesi.

Ultrasonik olarak üretilen kavitasyon çözücülerin termolizini ve ayrıca serbest radikaller, hidroksit iyonları (OH) hidronyum (H) gibi reaktif radikallerin ve reaktiflerin oluşumunu tetikleyebilir.3O +) vs, sıvıda olağanüstü reaktif koşullar sağlar, böylece reaksiyon hızı önemli ölçüde artar. Parçacıklar gibi katılar, sıvı püskürtücüler tarafından hızlandırılır ve interventiküler çarpışma ve aktif yüzey alanını arttıran aşınma ve böylece kütle aktarımı ile öğütülür.
Ultrasonik liç ve metal geri kazanımının en büyük avantajı, genlik, basınç ve sıcaklık gibi proses parametrelerinin hassas kontrolüdür. Bu parametreler reaksiyon koşullarının tam olarak işlem ortamına ve hedeflenen çıkışa ayarlanmasına izin verir. Ayrıca, ultrasonik liç, mikroyapıları korurken, substrattan en küçük metal partikülleri bile çıkarır. Gelişmiş metal geri kazanımı, yüksek reaktif yüzeylerin, artan reaksiyon oranlarının ve geliştirilmiş kütle taşınmasının ultrasonik yaratılmasından kaynaklanır. Sonication süreçleri her bir parametreyi etkileyerek optimize edilebilir ve bu nedenle sadece çok etkili değil, aynı zamanda yüksek enerji verimliliği de vardır.
Tam parametre kontrolü ve enerji verimliliği, ultrasonik süzme işlemini uygun ve mükemmel bir teknik haline getirmektedir. – Özellikle karmaşık asit liç ve şelatlama teknikleri ile karşılaştırıldığında.

LiCoO'nun Ultrasonik Geri Kazanımı2 Harcanan Lityum İyon Pilleri

Ultrasonik Li Li olarak Li kurtarmak için kullanılan redüktif liç ve kimyasal yağış, yardımcı olur23 ve Co olarak Co (OH)2 Atık lityum iyon pillerden.
Zhang ve diğ. (2014) LiCoO'nun başarılı bir şekilde toparlandığını bildirdi2 bir ultrasonik reaktör kullanılarak. 600mL'lik başlangıç ​​çözeltisini hazırlamak için 10g geçersiz LiCoO yerleştirdiler.2 Bir beher içinde toz haline getirilmiş ve karıştırılmış 2.0mol / L LiOH çözeltisi eklenmiştir.
Karışım, ultrasonik ışınlama içine döküldü ve karıştırma cihazı başladı, karıştırma cihazı, reaksiyon kabının iç kısmına yerleştirildi. 120 ° C'ye ısıtıldı ve daha sonra Ultrasonik cihaz 800W'a ayarlandı ve ultrasonik hareket modu 5 saniyelik atımlı görev çevrimlerine ayarlandı. ON / 2sec. KAPALI. Ultrasonik ışınlama 6 saat uygulandı ve daha sonra reaksiyon karışımı oda sıcaklığına kadar soğutuldu. Katı kalıntı, birkaç kez deiyonize su ile yıkandı ve sabit ağırlığa kadar 80 ° C'de kurutuldu. Elde edilen numune müteakip test ve pil üretimi için toplanmıştır. İlk çevrimdeki şarj kapasitesi 134.2 mAh / g'dır ve deşarj kapasitesi 133,5 mAh / g'dır. İlk kez şarj ve deşarj verimliliği% 99.5 idi. 40 çevrimden sonra, boşaltma kapasitesi hala 132.9 mAh / g'dir. (Zhang ve ark. 2014)
 

Proby tipi ultrasonikasyon, harcanan Li-ion pillerden değerli metallerin ve malzemelerin liç ve geri kazanımını geliştirir. Hielscher Ultrasonics, gelişmiş geri dönüşüm verimi için pil geri dönüşüm tesisine kurulum için hazır anahtar teslimi ultrasonicators sağlar.

6 saat boyunca 120◦C'de ultrason tedavisinden önce (a) ve sonra (b) kullanılan LiCoO2 kristalleri.
Çalışma ve görüntüler: ©Zhang ve ark. 2014

 
Sitrik asit gibi organik asitlerle ultrasonik liç sadece etkili değil, aynı zamanda çevre dostudur. Araştırmalar, Co ve Li'nin süzülmesinin, sitrik asit ile inorganik asitler H2SO4 ve HCl'den daha verimli olduğunu bulmuştur. % 96'dan fazla Co ve yaklaşık% 100 Li, kullanılmış lityum-iyon pillerden geri kazanıldı. Sitrik asit ve asetik asit gibi organik asitlerin ucuz ve biyolojik olarak parçalanabilir olması, sonikasyonun daha ekonomik ve çevresel avantajlarına katkıda bulunur.

Kullanılmış Pillerden Metal Liç için Yüksek Güçlü Endüstriyel Ultrasonikler

UIP4000hdT - Hielscher's 4kW high-performance ultrasonic system Hielscher Ultrasonics, atık malzemelerden metalleri süzmek için gerekli gücü sağlayan yüksek verimli ve güvenilir ultrasonik sistemler için uzun süredir deneyimli tedarikçinizdir. Kobalt, lityum, nikel ve manganez gibi metalleri çıkararak li-ion pilleri yeniden işlemek için güçlü ve sağlam ultrasonik sistemler gereklidir. Hielscher Ultrasonics UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), UIP10000 (10kW) ve UIP16000 (16kW) gibi endüstriyel birimler piyasadaki en güçlü ve sağlam yüksek performanslı ultrason sistemleridir. Tüm endüstriyel ünitelerimiz, 7/24 operasyonda 200μm'ye kadar çok yüksek genliklerle sürekli olarak çalıştırılabilir. Daha yüksek genlikler için, özelleştirilmiş ultrasonik sonotrodlar mevcuttur. Hielscher ultrasonik ekipman sağlamlığı ağır hizmet ve zorlu ortamlarda 7/24 çalışma sağlar. Hielscher, yüksek sıcaklıklar, basınçlar ve aşındırıcı sıvılar için de özel sonotrodlar ve reaktörler sağlar. Bu, endüstriyel ultrasonicators ekstraksiyon metalurjisi teknikleri, örneğin hidrometalurjik tedaviler için en uygun hale getirir.

Aşağıdaki tablo size bizim ultrasonicators yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesidir:

Numune HacmiAkış OranıÖnerilen Cihaz
0,1 - 20L0,2 - 4L/minUIP2000hdT
10 - 100L2 - 10L/minUıp4000hdt
20 ila 200L arası4 ila 20L/dakUIP6000hdT
n.a.10 - 100L/minUIP16000
n.a.daha büyükgrubu UIP16000

Bizimle iletişime geçin! / Bize sor!

Ultrasonik homojenleştirme hakkında ek bilgi istemek için lütfen aşağıdaki formu kullanın. İhtiyaçlarınızı karşılayacak bir ultrasonik sistem sunmaktan mutluluk duyacağız.









Lütfen dikkat Gizlilik Politikası.




Bilinmesi Gereken Gerçekler

Lityum iyon piller

Lityum iyon aküler (LIB), yüksek enerji yoğunluğu sunan ve elektronik arabalar, hibrit otomobiller, dizüstü bilgisayarlar, cep telefonları, iPod'lar, vb. Gibi tüketici elektroniğine sıklıkla entegre olan (şarj edilebilir) aküler için ortak bir terimdir. Benzer boyut ve kapasiteye sahip şarj edilebilir pillerin diğer çeşitleri, LIB'ler önemli ölçüde daha hafiftir.
Tek kullanımlık lityum birincil pilin aksine, bir LIB, elektrotu olarak metalik lityum yerine aralanmış lityum bileşiğini kullanır. Bir lityum-iyon pilin ana bileşenleri elektrotlarıdır – anot ve katot – ve elektrolit.
Hücrelerin çoğu, ortak bileşenleri elektrolit, ayırıcı, folyolar ve kılıflar açısından paylaşır. Hücre teknolojileri arasındaki en büyük fark, kullanılan “aktif maddeler” katot ve anot gibi. Grafit anot olarak en çok kullanılan materyal iken, katot katmanlı LiMO2 (M = Mn, Co ve Ni), spinel LiMn'den yapılmıştır.2O4veya olivin LiFePO4. Elektrolit organik sıvı elektrolitler (örn., Etilen karbonat (EC), dimetil karbonat (DMC), dietil karbonat (DEC), etil metil karbonat (EMC), vb.) Gibi organik çözücülerin bir karışımı içinde çözülmüş LiPF6 tuzu; iyonik hareket.
Pozitif (katot) ve negatif (anot) elektrot materyallerine bağlı olarak, LIB'lerin enerji yoğunluğu ve voltajı sırasıyla değişir.
Elektrikli araçlarda kullanıldığında, genellikle elektrikli araç aküsü (EVB) veya çekiş aküsü kullanılır. Bu tür çekiş aküleri forkliftlerde, elektrikli golf arabalarında, zemin süpürgelerinde, elektrikli motosikletlerde, elektrikli otomobillerde, kamyonlarda, minibüslerde ve diğer elektrikli araçlarda kullanılır.

Kullanılmış Li-Ion Pillerin Metal Geri Dönüşümü

Genellikle kurşun veya kadmiyum içeren diğer tip pillere kıyasla, Li-ion pilleri daha az toksik metal içerir ve bu nedenle çevre dostu olarak kabul edilir. Bununla birlikte, elektrikli araçlardan kullanılmış aküler olarak bertaraf edilmesi gereken büyük miktarda kullanılmış Li-ion pil, bir atık sorunu ortaya çıkarmaktadır. Bu nedenle, kapalı bir geri dönüşüm döngüsünün Li-ion pilleri gereklidir. Ekonomik açıdan bakıldığında, demir, bakır, nikel, kobalt ve lityum gibi metal elementler yeni pillerin üretiminde geri kazanılabilir ve tekrar kullanılabilir. Geri dönüşüm, gelecekteki bir kıtlığı da önleyebilir.
Daha yüksek nikel yüklemesi olan piller piyasaya girse de, kobalt içermeyen pillerin üretilmesi mümkün değildir. Daha yüksek nikel içeriği bir maliyete neden olur: Artan nikel içeriği ile bataryanın stabilitesi azalır ve böylece çevrim ömrü ve hızlı şarj etme yeteneği azaltılır.

Li-ion bataryalar için artan talep. Kaynak: Deutsche Bank

Li-ion pilleri için artan talep, atık piller için artan geri dönüştürme kapasiteleri talep ediyor.

Geri dönüşüm süreci

Tesla Roadster gibi elektrikli araçların pilleri yaklaşık 10 yıllık bir ömre sahiptir.
Tükenmiş Li-ion pillerin geri dönüşümü, yüksek voltaj ve tehlikeli kimyasallar söz konusu olduğundan, ısıl çekilme, elektrik çarpması ve tehlikeli madde emisyonu riskleri ile birlikte, zorlu bir süreçtir.
Kapalı bir döngü geri dönüşümü kurmak için, her kimyasal bağ ve tüm elementler ayrı ayrı fraksiyonlarına ayrılmalıdır. Bununla birlikte, böyle bir kapalı döngü geri dönüşüm için gerekli olan enerji çok pahalıdır. Geri kazanım için en değerli materyaller, Ni, Co, Cu, Li, vb. Gibi metallerdir. Zira pahalı madencilik ve metal bileşenlerin yüksek piyasa fiyatları, geri dönüşümü ekonomik olarak cazip hale getirir.
Li-ion bataryaların geri dönüşümü, bataryaların sökülmesi ve boşaltılması ile başlar. Aküyü açmadan önce aküdeki kimyasalları pasif hale getirmek için pasivasyon gereklidir. Pasivasyon, kriyojenik donma veya kontrollü oksidasyon ile sağlanabilir. Pil boyutuna bağlı olarak, piller demonte edilebilir ve hücreye doğru demonte edilebilir. Sökme ve ezme işleminden sonra, bileşenler, hücre kılıflarını, alüminyum, bakır ve plastikleri elektrot tozundan çıkarmak için çeşitli yöntemlerle (ör. Tarama, eleme, elle toplama, manyetik, ıslak ve balistik ayırma) izole edilir. Elektrot malzemelerinin ayrılması, aşağı akış işlemleri için, örneğin hidrometalurjik işlem için gereklidir.
piroliz
Pirolitik işleme için, parçalanmış piller kireçtaşının bir cüruf oluşturucu madde olarak eklendiği bir fırında eritilir.

Hidrotermal Süreçler
Hidrometalurjik işlem, tuzları metaller olarak çökeltmek için asit reaksiyonlarına dayanır. Tipik hidrometalurjik işlemler, sulu çözeltilerin süzdürülmesi, çökeltilmesi, iyon değişimi, çözücü ekstraksiyonu ve elektrolizini içerir.
Hidrotermal işlemenin avantajı, Ni + Co'nun% 95'inin yüksek geri kazanım verimi, tuzlar,% + 90'ı ise çöktürülebilir ve geri kalanı% + 80'e kadar geri kazanılabilir.

Özellikle kobalt, yüksek enerji ve güç uygulamaları için lityum-iyon pil katotlarında kritik bir bileşendir.
Toyota Prius gibi mevcut hibrit otomobiller, Li-ion pillerle benzer şekilde sökülen, deşarj edilen ve geri dönüştürülen nikel metal hidrit pilleri kullanır.

Edebiyat referansları

  • 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.

Hielscher Ultrasonics, yüksek performanslı ultrason cihazları üretmektedir.

Laboratuar ve tezgah üstü endüstriyel üretimden güçlü sonikasyon.

Sürecinizi konuşmanızdan memnuniyet duyarız.

İletişime geçelim.