Ультрасоніки для переробки літій-іонних батарей

  • Літій-іонні акумулятори, що використовуються в електричних автомобілях, тільки зараз надходять на масовий ринок, і з нею слід розвивати переробні потужності.
  • Ультразвукове вилуговування - це ефективна, екологічна техніка для відновлення таких металів, як Li, Mg, Co, Ni та ін з використаних літій-іонних батарей.
  • Промислові ультразвукові системи Hielscher для вилуговування додатків є надійними та надійними і можуть бути легко інтегровані в існуючі переробні заводи.

Переробка літій-іонних батарей

Літій-іонні акумулятори широко використовуються в електричних транспортних засобах (EV), ноутбуки та мобільні телефони. Це означає, що відпрацьовані літій-іонні акумулятори є поточним викликом, що стосуються управління відходами та утилізації. Батареї є одним з основних витрат водія для EVs, і їх розпорядженні є дорогим, теж. Екологічні та економічні аспекти домагатися замкнутого циклу переробки, так як батареї відходів містить цінні матеріали і допомагає знизити вуглецевий слід виробництва літій-іонних батарей.
Переробка літій-іонних батарей зростає до процвітаючого галузевого сектору з метою забезпечення майбутньої доступності рідкоземельних металів та інших компонентів батарей та зменшення екологічних витрат на видобуток.

Запит інформації




Зверніть увагу на наші Політика конфіденційності.


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

Ультразвуковий процесор потужністю 48кВт
для вимогливих додатків, таких як вилуговування металів

Пірометалургійна та гідрометалургійна переробка проти переробки ультразвукових батарей

Нижче ми порівнюємо звичайні методи пірометалургійних та гідрометалургійних процесів з ультразвуковою технікою вилуговування щодо переваг та недоліків.

Недоліки звичайної переробки батарейок

Традиційні методи, що використовуються для переробки літій-іонних батарей, включають пірометалургійні та гідрометалургійні процеси.
 
пірометалургійні методи передбачають високотемпературні процеси, такі як виплавка або спалювання. Батареї піддаються сильному нагріванню, в результаті чого органічні компоненти згорають, а інші металеві компоненти розплавляються і відділяються. Однак у цих способів є і деякі недоліки:

  • Вплив на навколишнє середовище: Пірометалургійні процеси виділяють шкідливі викиди і забруднюючі речовини в атмосферу, сприяючи забрудненню повітря і потенційно викликаючи небезпеку для здоров'я.
  • Втрати матеріалів: Високотемпературні процеси можуть призвести до втрати цінних матеріалів і металів через термічну деградацію, знижуючи загальну швидкість відновлення.
  • Енергоємні: Ці методи, як правило, вимагають значних витрат енергії, що збільшує експлуатаційні витрати та вплив на навколишнє середовище.

 
гідрометалургійні методи включають хімічне вилуговування для розчинення компонентів батареї та вилучення цінних металів. Хоча гідрометалургія більш екологічна, ніж пірометалургійні методи, має свої недоліки:

  • Хімічне використання: Сильні кислоти або інші агресивні хімічні речовини необхідні для вилуговування, що викликає занепокоєння щодо поводження з хімічними речовинами, поводження з відходами та потенційного забруднення навколишнього середовища.
  • Проблеми вибірковості: Досягнення селективного вилуговування потрібних металів може бути складним, що призводить до зниження рівня відновлення та потенційної втрати цінних ресурсів.

 

Переваги ультразвукового вилуговування батареї перед звичайними методами

У порівнянні як з пірометалургійними, так і з гідрометалургійними методами переробки, техніка переробки ультразвукових батарей перевершує конкуренцію завдяки різним перевагам:

  1. Підвищена ефективність: Ультразвукова ультразвукова обробка може прискорити розбивку матеріалів акумулятора, що призводить до скорочення часу обробки та вищої загальної ефективності.
  2. Покращені показники відновлення: Контрольоване застосування ультразвукової кавітації підсилює пробій компонентів акумулятора, збільшуючи швидкість відновлення цінних металів.
  3. Екологічність: Ультразвукова переробка зменшує залежність від високих температур та агресивних хімічних речовин, мінімізуючи вплив на навколишнє середовище та знижуючи викиди забруднюючих речовин.
  4. Селективне вилуговування: Контрольоване застосування ультразвуку дозволяє цілеспрямовано порушувати конкретні компоненти в акумуляторі, ефективно розділяючи їх. Оскільки різні перероблювані сполуки акумуляторів видаляються розчиненими під певними ультразвуковими інтенсивностями, оптимізовані параметри обробки дозволяють селективне вилуговування окремих матеріалів. Це полегшує ефективне розділення цінних металів і матеріалів.
  5. Зниження споживання енергії: У порівнянні як з гідрометалургійними, так і особливо з пірометалургійними методами, ультразвукова переробка, як правило, більш енергоефективна, що призводить до зниження експлуатаційних витрат і зменшення вуглецевого сліду.
  6. Масштабованість і гнучкість: Ультразвукові системи можуть бути легко збільшені або зменшені для розміщення різних розмірів акумуляторів та виробничих потужностей. Крім того, ультразвукові апарати для переробки батарей можуть бути легко інтегровані в уже існуючі об'єкти переробки батарей. Легко доступні в різних масштабах потужності та відповідних аксесуарах, таких як ультразвукові зонди та реактори проточних клітин, ультразвукові апарати можуть обробляти компоненти батарей різних розмірів та виробничих потужностей, забезпечуючи масштабованість та адаптивність у процесах переробки.
  7. Синергетична інтеграція: Ультразвукове вилуговування може бути інтегровано в існуючі гідрометалургійні лінії переробки батарей з метою інтенсифікації та поліпшення гідрометалургійного вилуговування цінних металів і матеріалів з відпрацьованих літій-іонних батарей.

В цілому, ультразвукова переробка батарей показує перспективу як більш екологічно чистий, ефективний і селективний метод порівняно з традиційними пірометалургійними та гідрометалургійними підходами.

 

Потужна ультразвукова Кавітація на Hielscher Какатроде

Потужна ультразвукова Кавітація на Hielscher Какатроде

 

Запит інформації




Зверніть увагу на наші Політика конфіденційності.


Промислове ультразвукове вилуговування для відновлення металу з відпрацьованих батарей

Ультразвукове вилуговування та вилучення металів можна застосовувати для процесів переробки окислювальних батарей літію (наприклад, з ноутбуків, смартфонів тощо), а також складних літій-нікель-марганець-кобальтових батарей (наприклад, з електричних транспортних засобів).
Промисловий багатозондовий ультразвуковий реактор для відновлення металу з відпрацьованих літій-іонних батарей. Ультарсонне вилуговування дає високі вихідні дані літію, кобальту, міді, алюмінію та нікелю.Ультразвук високої потужності добре відомий своєю здатністю обробляти хімічні рідини та шлам, щоб поліпшити перенесення маси та ініціювати хімічні реакції.
Інтенсивні наслідки ультразвукового усунення енергії базуються на явищі акустичної кавітації. З'єднання потужних ультразвуку в рідини / суспензії, змінні хвилі низького тиску і високого тиску в рідинах генерують невеликі пухирці з вакуумом. Маленькі вакуумні порожнечі ростуть над різними циклами низького тиску / високого тиску, доки вони не бувають сильно. Розпадні вакуумні бульбашки можна розглядати як мікрореактори, в яких температура до 5000 К, тиск до 1000 атм, а також швидкості нагріву та охолодження вище 10-10 Відбуваються. Крім того, утворюються сильні гідродинамічні зсувні сили та рідкі струмені зі швидкістю до 280 м/с. Ці екстремальні умови акустичної кавітації створюють надзвичайні фізичні та хімічні умови в холодних рідинах і створюють сприятливе середовище для хімічних реакцій (так званих Сонохімія)

Ультразвукове вилуговування при переробці відпрацьованих літій-іонних батарей. (Натисніть, щоб збільшити!)

Ультразвукове вимивання металів з виснаженими відпрацьованими батареями.

Ультразвукова кавітація може викликати термоліз розчинних речовин, а також утворення високореактивних радикалів і реактивів, таких як вільні радикали, гідроксидні іони (• OH,) гідроніум (H3O +) і т. Д., Які забезпечують надзвичайні реактивні умови в рідині так, що швидкість реакції значно підвищується. Тверді речовини, такі як частинки, прискорюються рідкими струменями, і подрібнюються шляхом міжчастинкового зіткнення та стирання, що збільшує площу активної поверхні і, таким чином, переносить масу.
Великою перевагою ультразвукового вилуговування та відновлення металів є точний контроль над параметрами процесу, такими як амплітуда, тиск і температура. Ці параметри дозволяють точно відрегулювати умови реакції до технологічного середовища та цільового виводу. Крім того, ультразвукове вилуговування видаляє навіть найменші металеві частинки з субстрату, зберігаючи при цьому мікроструктури. Підвищений метал відновлюється завдяки ультразвуковому створенню високореактивних поверхонь, підвищенню швидкості реакції та поліпшенню масового транспорту. Процеси аніксінації можуть бути оптимізовані, впливаючи на кожен параметр, і, отже, не тільки дуже ефективні, але й дуже енергоефективні.
Точний контроль параметрів та енергоефективність дають ультразвукове вилуговування сприятливу та вишукану техніку – особливо у порівнянні зі складними методами вилуговування та хімічного вилучення.

Ультразвукове відновлення LiCoO2 від витрачених літій-іонних батарей

Ультразвукова реакція допомагає редуктивному вимиванню та хімічним осадкам, які використовуються для відновлення Li як Li2CO3 і Co as Co (OH)2 з відходів літій-іонних акумуляторів.
Чжан та ін. (2014) повідомляють про успішне відновлення LiCoO2 використовуючи ультразвуковий реактор. для того, щоб підготувати вихідний розчин 600мл, вони помістили 10г неприпустимого LiCoO2 порошок у склянці та додавали 2,0моль / л розчину LiOH, які були змішані.
Суміш виливали в ультразвукове опромінення і розпочато замішувальну апаратуру, пристрій для перемішування поміщали всередину реакційного контейнера. Він нагрівався до 120 ° С, а потім ультразвуковий пристрій був встановлений до 800 Вт, а ультразвуковий режим роботи був встановлений на імпульсний режим роботи 5 сек. ON / 2сек. ВИМКНЕНО Ультразвукове опромінення застосовують протягом 6 годин, а потім реакційну суміш охолоджують до кімнатної температури. Твердий залишок кілька разів промивають деіонізованою водою та сушать при 80 ° С до постійної ваги. Отриманий зразок був зібраний для подальшого тестування та виробництва батареї. Потужність заряду в першому циклі становить 134,2 мА / г, а ємність є 133,5 мА / г. Ефективність заряду та скидання вперше склала 99,5%. Після 40 циклів розрядність досягає 132,9 мА / г. (Zhang et al., 2014)
 

Ультразвукове дослідження типу Proby покращує вимивання та відновлення дорогоцінних металів і матеріалів з відпрацьованих літій-іонних батарей. Hielscher Ultrasonics постачає ультразвукові апарати під ключ, готові до встановлення на завод з переробки акумуляторів для підвищення врожайності переробки.

Використовуються кристали LiCoO2 до (а) і після (б) ультразвукової обробки при 120 ° С протягом 6 годин.
Дослідження та зображення: ©Чжан та ін., 2014

 
Ультразвукове вилуговування органічними кислотами, такими як лимонна кислота, не тільки ефективно, але і екологічно чисто. Дослідження показали, що вилуговування Co і Li більш ефективно з лимонною кислотою, ніж з неорганічними кислотами H2SO4 і HCl. Більше 96% Co і майже 100% Li були відновлені з відпрацьованих літій-іонних батарей. Той факт, що органічні кислоти, такі як лимонна кислота і оцтова кислота, є недорогими і біологічно розкладаними, сприяє подальшим економічним та екологічним перевагам ультразвукової обробки.

Потужна промислова ультрасоніка для вилуговування металу з відпрацьованих батарей

UIP4000hdT - Hielscher's 4kW high-performance ultrasonic system Hielscher Ultrasonics є вашим досвідченим постачальником високоефективних та надійних ультразвукових систем, які забезпечують необхідну потужність для вилуговування металів з відходів. Для переробки літій-іонних батарей шляхом вилучення металів, таких як кобальт, літій, нікель та марганець, необхідні потужні та надійні ультразвукові системи. Hielscher Ultrasonics промислові одиниці, такі як UIP4000hdT (4 кВт), UIP6000hdT (6 кВт), UIP10000 (10 кВт) і UIP16000 (16 кВт) є найпотужнішими і надійними високопродуктивними ультразвуковими системами на ринку. Всі наші промислові установки можуть безперервно працювати з дуже високою амплітудою до 200 мкм в режимі 24/7. Для ще більш високих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди. Надійність ультразвукового обладнання Hielscher дозволяє працювати 24/7 у важких умовах та у вимогливих середовищах. Hielscher постачає спеціальні сонотроди та реактори для високих температур, тиску та агресивних рідин. Це робить наші промислові ультразвукові апарати найбільш придатними для методів видобувної металургії, наприклад, гідрометалургійних обробок.

У таблиці нижче наведено приблизну потужність обробки наших ультразвукових пристроїв:

пакетний Обсяг швидкість потоку Рекомендовані пристрої
0.1 до 20 л 0.2 до 4л / хв UIP2000hdT
Від 10 до 100 л Від 2 до 10 л / хв UIP4000hdT
Від 20 до 200 л Від 4 до 20 л / хв UIP6000hdT
застосовується Від 10 до 100 л / хв UIP16000
застосовується більший кластер UIP16000

Зв'яжіться з нами! / Запитати нас!

Будь ласка, використовуйте форму нижче, якщо ви хочете отримати додаткову інформацію про гомогенізацію ультразвуку. Ми будемо раді запропонувати вам ультразвукову систему, яка відповідатиме вашим вимогам.









Будь ласка, зверніть увагу на наші Політика конфіденційності.




Факти варті знати

Літій-іонні акумулятори

Літій-іонні акумулятори (LIB) - це колективний термін для (акумуляторних) акумуляторів, які пропонують високу щільність енергії та часто інтегровані в споживчу електроніку, таку як електронні автомобілі, гібридні автомобілі, ноутбуки, мобільні телефони, плеєри тощо. Порівняно з Інші варіанти акумуляторів з аналогічним розміром та потужністю, LIB значно легше.
На відміну від одноразової літієвої первинної батареї, LIB використовує інтеркальовану літієву суміш замість металевого літію як свого електрода. Основними складовими літій-іонного акумулятора є його електроди – анод і катод – і електроліт.
Більшість клітин поділяють загальні компоненти з точки зору електроліту, сепаратора, фольги та корпусу. Основна відмінність клітинних технологій - це матеріал, який використовується як “активні матеріали” такі як катод і анод. Графіт є найбільш часто використовуваним матеріалом як анод, тоді як катод виготовлений з шаруватих LiMO2 (M = Mn, Co і Ni), шпінелі LiMn2О.4, або оливин LiFePO4. Органічні рідкі електроліти електролітів (наприклад, солі LiPF6, розчинені в суміші з органічними розчинниками, такими як етилен карбонат (ЕК), диметилкарбонат (ДМК), діетилкарбонат (ОВК), етилметилкарбонат (ЕМС) та ін.) Дозволяє іонний рух
Залежно від позитивних (катодних) та негативних (анодних) електродних матеріалів щільність енергії та напруга ЛІБ змінюються відповідно.
Коли використовується в електричних транспортних засобах, часто використовується електричний акумулятор (EVB) або тягова батарея. Такі тягові батареї використовуються в навантажувачів, електричних гольф-телегах, скруберів для підлоги, електричних мотоциклів, електромобілів, вантажних автомобілів, фургонів та інших електричних транспортних засобів.

Переробка металів із витрачених літій-іонних батарей

У порівнянні з іншими типами батарей, які часто містять свинець або кадмій, літій-іонні батареї містять менш токсичні метали, і тому вважаються екологічними. Однак величезна кількість використаних літій-іонних батарей, які доведеться утилізувати в якості відпрацьованих акумуляторів від електричних машин, є проблемою відходів. Тому необхідно замкнути цикл переробки літій-іонних батарей. З економічної точки зору металеві елементи, такі як залізо, мідь, нікель, кобальт і літій, можуть бути відновлені та використані для виробництва нових батарей. Утилізація також може запобігти майбутньому дефіциту.
Хоча на ринок потрапляють акумулятори з вищим вмістом нікелю, неможливо виробляти акумулятори без кобальту. Більш високий вміст нікелю приходить у вартість: з підвищеним вмістом нікелю стабільність акумулятора зменшується, що призводить до зменшення його терміну служби та швидкості заряду.

Зростає попит на літій-іонні батареї. Джерело: Deutsche Bank

Зростаючий попит на літій-іонні батареї вимагає збільшення обсягів переробки відпрацьованих батарей.

Процес переробки

Батареї електричних транспортних засобів, таких як Tesla Roadster, мають приблизний термін служби 10 років.
Переробка вичерпаних літієво-іонних батарей є складним процесом, оскільки в них беруть участь високопровідні та небезпечні хімічні речовини, що призводить до ризику термічного втечі, ураження електричним струмом та викидів шкідливих речовин.
Для того, щоб встановити переробку замкнутого циклу, кожне хімічне з'єднання та всі елементи повинні бути розділені на їх окремі фракції. Однак енергія, необхідна для такої переробки замкнених циклів, дуже дорога. Найціннішими матеріалами для відновлення є такі метали, як Ni, Co, Cu, Li та ін, оскільки дорогі видобутки та високі ринкові ціни на металеві компоненти роблять переробку економічно привабливою.
Процес переробки літій-іонних батарей починається з демонтажу та розрядження батарей. Перед тим, як відкрити акумулятор, необхідне пасивування, щоб ініціювати хімічні речовини в акумуляторі. Пасивування може бути досягнуте шляхом криогенного заморожування або контрольованого окислення. Залежно від розміру акумулятора батареї можна розібрати та розібрати до стільниці. Після демонтажу та дроблення компоненти ізолюють за допомогою кількох методів (наприклад, скринінг, просіювання, ручний збір, магнітне, вологе та балістичне розділення) для видалення клітинних оболонок, алюмінію, міді та пластмас з порошку електродів. Відділення матеріалу електродів необхідне для процесів, що надходять, наприклад, гідрометалургійне лікування.
Піроліз
Для піролітичної обробки, подрібнені батарейки плавляться в печі, де додається шлакоутворювальний агент.

Гідротермічні процеси
Гідрометалургійна обробка базується на кислотних реакціях для осадження солей як металів. Типові гідрометалургійні процеси включають вилуговування, осадження, іонний обмін, екстракцію розчинником та електроліз водних розчинів.
Перевагою гідротермічної переробки є висока врожайність + 95% Ni і Co у вигляді солей, + 90% Li може осаджуватися, а інші можуть бути відновлені до + 80%.

Особливо кобальт є найважливішим компонентом катодів літій-іонних батарей для високоенергетичних та енергетичних застосувань.
Поточні гібридні автомобілі, такі як Toyota Prius, використовують нікель-металгідридні батареї, які демонтуються, скидаються та переробляються аналогічно літій-іонним батареям.

Література / Довідники

  • 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 виробляє високоефективні ультразвукові прилади.

Потужна ультразвукова обробка від лабораторії та верстата до промислового виробництва.

Ми будемо раді обговорити ваш процес.

Давайте зв'яжемося.