Elektrodlarni qayta ishlash – Ultrasonik delaminatsiya bilan yuqori samarali

Elektrodlarning ultratovushli delaminatsiyasi bir necha soniya ichida litiy, nikel, marganets, kobalt va boshqalar kabi faol materiallarni qayta tiklashga imkon beradi. Shunday qilib, ultratovushli elektrod delaminatsiyasi batareyalardan qayta foydalanish mumkin bo'lgan materiallarni tezroq, yashil rangga aylantiradi va energiyani sezilarli darajada kam sarflaydi. Tadqiqotlar allaqachon ultratovushli delaminatsiyani an'anaviy qayta ishlash usullaridan 100 baravar tezroq bo'lishi mumkinligini isbotladi.

Quvvatli ultratovush elektrodlardan faol moddalarni tiklashni yaxshilaydi

Elektrodlarning ultratovush yordamida delaminatsiyasi faol materiallar va folga olishning tez, samarali va barqaror yondashuvini taklif qiladi. Elektrodning bu qismlari qimmatbaho materiallar bo'lib, ular yangi batareyalarni ishlab chiqarish uchun qayta ishlatilishi mumkin. Ultrasonik delaminatsiya nafaqat gidrometallurgiya va pirometallurgik qayta ishlash jarayonlariga qaraganda ancha tejamkor bo'libgina qolmay, ular yuqori tozalikdagi materiallarni ham beradi.

Batareyani qayta ishlash: elektrodlarni ajratish va delaminatsiya qilish

Lityum-ion batareyani (LIB) qayta ishlash qimmatbaho materiallarni qayta tiklashga qaratilgan. Elektrodlar litiy, nikel, marganets, kobalt va boshqalar kabi qimmatbaho va nodir materiallarni o'z ichiga oladi, ular doimiy ultratovushli delaminatsiya jarayoni yordamida samarali tarzda tiklanishi mumkin. Prob (sonotrode) bilan jihozlangan ultratovushli protsessorlar intensiv amplitudalarni yaratishi mumkin. Amplituda ultratovush to'lqinlarini suyuq muhitga (masalan, erituvchi vanna) uzatadi, bu erda o'zgaruvchan yuqori bosim / past bosim davrlari tufayli daqiqali vakuum pufakchalari paydo bo'ladi. Ushbu vakuum pufakchalari bir necha tsikl davomida o'sib boradi, ular boshqa energiyani o'zlashtira olmaydigan o'lchamga yetguncha. Bu vaqtda pufakchalar shiddat bilan portlaydi. Pufakchaning portlashi 280 m/s gacha tezlikdagi suyuqlik oqimlari, kuchli turbulentliklar, juda yuqori haroratlar (taxminan 5000K), bosimlar (taxminan 2000atm) va shunga mos ravishda harorat va bosim farqlari bilan mahalliy darajada energiya zichligi yuqori muhitni hosil qiladi.
Ultrasonik sabab bo'lgan qabariq portlashining bu hodisasi ma'lum akustik kavitatsiya. Akustik kavitatsiyaning ta'siri har ikki tomondan kompozit plyonka bilan qoplangan folga oqim kollektoridan faol materialning kompozit plyonkasini olib tashlaydi. faol moddada asosan litiy marganets oksidi (LMO) va litiy nikel marganets kobalt oksidi (LiNiMnCoO2 yoki NMC) kukuni, shuningdek o'tkazuvchan qo'shimcha sifatida uglerod qora aralashmasi mavjud.
Ultrasonik delaminatsiya mexanizmi molekulyar aloqalarni buzishga qodir bo'lgan jismoniy kuchlarga asoslanadi. Kuchli ultratovush intensivligi tufayli ko'pincha yumshoq erituvchilar folga yoki oqim kollektoridan faol material qatlamlarini olib tashlash uchun etarli. Shunday qilib, elektrodning ultratovushli delaminatsiyasi tezroq, ekologik xavfsiz va energiyani sezilarli darajada kam sarflaydi.

Skanerli elektron mikroskop (SEM) tasvirlari ultratovushli delaminatsiyada elektrod faol moddasining morfologik o'zgarishlarini ko'rsatadi. Barcha tasvirlar 5000x kattalashtirish va 10 kV qo'zg'alish energiyasida olingan. a) katod materialini oldindan delaminatsiyalash, b) qatlamlangan katod faol moddasi, c) anod materialini oldindan delaminatsiyalash va d) delaminatsiyalangan anod materiali.
(tadqiqot va rasmlar: Lei va boshqalar, 2021)

Batareyani parchalash va elektrodlarni ajratish

Aktiv materialni qayta tiklash uchun suvli yoki organik erituvchilar metall folga, polimer biriktiruvchi va / yoki faol materialni eritish uchun ishlatiladi. Jarayonning dizayni va oqimi materialni qayta tiklashning yakuniy natijasiga sezilarli ta'sir qiladi. An'anaviy batareyani qayta ishlash jarayoni batareya modullarini maydalashni o'z ichiga oladi. Biroq, maydalangan komponentlarni alohida qismlarga ajratish qiyin. Parchalangan massadan faol / qimmatli materialni olish uchun murakkab ishlov berishni talab qiladi. Qayta tiklangan faol materiallarni qayta ishlatish uchun ma'lum darajada tozalik talab qilinadi. Parchalangan batareyadan juda toza materiallarni olish murakkab jarayonlarni, qattiq erituvchilarni o'z ichiga oladi va shuning uchun qimmat. Parchalangan lityum ionli batareyalardan faol materialni qayta tiklash natijalarini kuchaytirish va yaxshilash uchun ultratovushli yuvish muvaffaqiyatli qo'llaniladi.
An'anaviy parchalanishga muqobil jarayon sifatida elektrodlarni ajratish samarali batareyani qayta ishlash jarayoni sifatida ko'rsatildi, bu olingan materiallarning tozaligini sezilarli darajada yaxshilaydi. Elektrodni ajratish jarayoni uchun akkumulyator uning asosiy qismlariga qismlarga bo'linadi. Elektrodlar qimmatbaho materiallarning eng katta qismini o'z ichiga olganligi sababli, elektrod ajratiladi va faol moddalarni (litiy, nikel, marganets, kobalt ...) qoplangan folga yoki oqim kollektoridan eritish uchun kimyoviy ishlov beriladi. Ultrasonikatsiya akustik kavitatsiyadan kelib chiqqan kuchli ta'siri bilan mashhur. Sonomexanik kuchlar folga ustiga qatlamlangan faol materiallarni olib tashlash uchun etarlicha tebranish va kesishni qo'llaydi. (Qoplangan folga tuzilishi sendvichga o'xshaydi, markazdagi folga va faol material qatlami tashqi yuzani quradi.)
elektrodlarni ajratish avtonom qismlarga ajratish bilan birgalikda ishlatilsa, maydalashdan ko'ra ko'proq maqbul variant bo'lib, toza chiqindilar oqimiga va ta'minotda ko'proq qiymatni saqlashga imkon beradi.

Elektrodlarni delaminatsiyalash uchun ultratovushli sonotrotlar

Elektrod folgasidan faol materiallarni olib tashlash uchun kerakli amplitudani etkazib beradigan maxsus sonotrodlar osongina mavjud. Sonotrod va elektrod orasidagi masofa ortib borishi bilan akustik kavitatsiyaning intensivligi pasayganligi sababli, sonotrod va elektrod o'rtasida doimiy bir xil masofa qulay bo'ladi. Bu shuni anglatadiki, elektrod varag'i bosim to'lqinlari kuchli va kavitatsiya zichligi yuqori bo'lgan sonotrod uchi ostida yaqindan harakatlanishi kerak. Standart silindrsimon ultratovushli probdan ko'ra kengroq kenglikni taklif qiluvchi maxsus sonotrodlar bilan Hielscher Ultrasonics elektr transport vositalaridan elektrod varaqlarini bir xil delaminatsiya qilish uchun samarali echim taklif qiladi. Masalan, sumkali elektr transport vositasi (EV) batareyalarida ishlatiladigan elektrodlar odatda taxminan kengligiga ega. 20 sm. Xuddi shu kenglikdagi sonotrod akustik kavitatsiyani butun elektrod yuzasida bir xilda uzatadi. Shunday qilib, bir necha soniya ichida faol moddaning qatlamlari erituvchiga chiqariladi va ularni ekstraktsiyalash va changga aylantirish mumkin. Ushbu kukun yangi batareyalar ishlab chiqarish uchun qayta ishlatilishi mumkin.
Birlashgan Qirollik Faraday Institutining tadqiqot guruhi xabar berishicha, LIB elektrodidan faol material qatlamlarini olib tashlash, agar elektrod to'g'ridan-to'g'ri yuqori quvvatli sonotrod ostida joylashgan bo'lsa (1000 dan 2000 Vtgacha, masalan, UIP1000hdT yoki UIP2000hdT). Ultrasonik ishlov berish jarayonida faol materiallar va oqim kollektorlari o'rtasidagi yopishtiruvchi bog'lanishlar buziladi, shunda keyingi tozalash bosqichida buzilmagan oqim kollektori va kukunli faol material tiklanishi mumkin.

Ultratovushning orqa tomonidagi ta'sirini ko'rsatadigan rasmlar: a) lityum-ion batareya anod varag'i va b) lityum-ion batareyali katod varag'i. Anod 0,05 M limon kislotasi eritmasida delaminatsiyalangan; katod 0,1 M NaOH eritmasida delaminatsiyalangan. Sonotrod diametri 20 mm bo'lib, sonotroddan 2,5 mm masofada 3 soniya davomida 120 Vt / sm2 quvvat intensivligi qo'llaniladi. Namuna o'lchami 3 sm x 3 sm edi.
(tadqiqot va rasmlar: Lei va boshqalar, 2021)

Elektrodlarni delaminatsiyalash uchun ultrasonikatorlar

Hielscher Ultrasonics 20kHz diapazonda ishlaydigan yuqori samarali ultratovushli protsessorlarni ishlab chiqadi, ishlab chiqaradi va tarqatadi. Hielscher ultratovush’ sanoat ultrasonikatorlari yuqori quvvatli ultratovush protsessorlari bo'lib, ular talab qilinadigan ilovalar uchun juda yuqori amplitudalarni etkazib bera oladi. 200 mikrongacha bo'lgan amplitudalar 24/7 ishda osongina uzluksiz ishlashi mumkin. Bundan ham yuqori amplitudalar uchun moslashtirilgan ultratovushli sonotrodlar mavjud. Elektrodlarni uzluksiz delaminatsiyalash jarayoni uchun Hielscher bir qator standart va moslashtirilgan sonotrodlarni taklif qiladi. Sonotrod o'lchami elektrod materialining o'lchami va kengligiga moslashtirilishi mumkin, shu bilan yuqori o'tkazuvchanlik va yuqori qayta tiklash uchun optimal jarayon sharoitlariga yo'naltirilgan.

Adabiyot / Adabiyotlar