Lityum Ion batareyalari qayta ishlash uchun ultratovush
- Elektr avtomobillarida ishlatiladigan lityum-ion batareyalar hozirgi kunda ommaviy bozorga keladi va u bilan qayta ishlaydigan quvvatlarni ishlab chiqish kerak.
- Ultrasonik sho'r yuvish Li-Ioni batareyalaridan Li, Mg, Co, Ni va boshqalar kabi metallarni qayta tiklash uchun samarali va ekologik jihatdan qulay bo'lgan texnikadir.
- Chuqurlikdan foydalanish uchun Hielscher sanoat ultratovush tizimlari ishonchli va mustahkam bo'lib, mavjud qayta ishlash korxonalariga osongina qo'shilishi mumkin.
Lityum-ionli batareyalarni qayta ishlash
Lityum-ion batareyalar elektr uskunalar (EV), noutbuklar va mobil telefonlar uchun keng qo'llaniladi. Shunday qilib, sarflangan lityum-ionli batareyalar chiqindilarni boshqarish va qayta ishlashga oid dolzarb muammo hisoblanadi. Batareyalar EV uchun katta xarajatli haydovchi bo'lib, ularni yo'q qilish qimmat turadi. Atrof-muhit va iqtisodiy jihatlar yumshoq qayta ishlashni to'xtatadi, chunki batareyada chiqindilar qimmatbaho materiallarni o'z ichiga oladi va ishlab chiqarish lityum-ionli batareyalar ishlab chiqarishga yordam beradi.
Li-ionli batareyalarni qayta ishlash noyob metallar va boshqa akkumulyatorlar tarkibiy qismlarining kelajakda mavjud bo'lishini ta'minlash va tog'-kon sanoatining ekologik xarajatlarini kamaytirish uchun rivojlangan sanoat sektoriga o'sib bormoqda.
Sanoat Ultrasonik yuvish
Ultrasonik gidroksidlanish va metallni chiqarib olish lityum kobalt oksidli akkumulyator batareyalari (masalan, noutbuklar, smartfonlar va hokazolardan) va murakkab lityum-nikel-marganets-kobaltli batareyalar (masalan, elektr transport vositalaridan) qayta ishlash jarayonida qo'llanilishi mumkin.
Yuqori kuchli ultratovush, massa uzatishni takomillashtirish va kimyoviy reaktsiyalarni boshlash uchun kimyoviy suyuqliklarni va bulg'orlarni qayta ishlash qobiliyati bilan mashhur.
Elektr ultrasonikatsiyasining kuchli ta'siri akustik kavitatsiya fenomeniga asoslanadi. Oliy quvvatli ultratovushni suyuqliklarga / bulamlarga ulash orqali suyuqlikdagi o'zgaruvchan past bosimli va yuqori bosimli to'lqinlar kichik vakuum pufakchalarini hosil qiladi. Kichkina vakuum bo'shlig'i turli past bosimli / yuqori bosimli tsikllardan o'tib, zo'ravonlik bilan amalga oshiriladi. Buzilgan vakuum kabarcıkları 5000K gacha bo'lgan temperatura, 1000atmgacha bo'lgan bosim va 10 dan ortiq isitish va sovutish stavkalari bo'lgan mikroroaktivlar sifatida qaralishi mumkin-10 paydo bo'ladi. Bundan tashqari, 280 m / s tezlikda kuchli gidrodinamik kesish kuchlari va suyuq qushlar hosil bo'ladi. Akustik kavitatsiyaning bu o'ta yuqori shartlari boshqa sovuq suyuqliklarda ajoyib fizikaviy va kimyoviy sharoitlarni yaratadi va kimyoviy reaktsiyalar uchun foydali muhitni yaratadi (Sonokimyo).
48kW ultrasonik protsessor
metallni yuvish kabi talabnomalar uchun
Batareya chiqindilaridan metallni ulturashon bilan yuvish.
Ultrasonik sho'r yuvish va metallni qayta ishlashning katta afzalligi amplituda, bosim va harorat kabi jarayon parametrlarini aniq nazorat qilish. Bu parametrlar reaktsiya sharoitlarini jarayon muhiti va maqsadli chiqishga moslashtirishga imkon beradi. Bundan tashqari, ultratovushli sho'r yuvish substratdan eng kichik metall zarralarini ham olib tashlaydi va mikroyapıyı himoya qiladi. Murakkab metallni qayta ishlash yuqori reaktiv sirtlarning ultratovushli tuzilishi, reaktsiyalarning oshishi va massiv transportning yaxshilanishi bilan bog'liq. Sonikatsiya jarayonlari har bir parametrga ta'sir ko'rsatish orqali optimallashtirilishi mumkin va shuning uchun nafaqat juda samarali, balki yuqori energiyani tejovchi hamdir.
Uning aniq parametrlarini nazorat qilish va energiya samaradorligi ultratovushli leykeyni qulay va chiroyli usul bilan amalga oshiradi – Ayniqsa murakkab kislota eritmasidan va chelasyon texnikasi bilan solishtirganda.
LiCoO ning ultrasonik qutqaruvi2 ishlatilgan lityum-ion batareyalaridan
Ultrasonication Li Li sifatida qayta tiklash uchun ishlatiladigan reduktiv sho'r yuvish va kimyoviy yog'ingarchiliklarga yordam beradi2CO3 va Co (Co) sifatida Co2 chiqindi lityum-ionli batareyalardan.
Zhang va boshq. (2014) LiCoO ning muvaffaqiyatli qayta tiklanishi haqida xabar beradi2 ultratovush reaktorini ishlatish. 600 ml boshlang'ich eritmasini tayyorlash uchun ular 10 g liksiyali LiCoO joylashtirdilar2 kukunni bir stakanda qo'shib, aralashtirilgan 2,0mlol / L LiOH eritmasini qo'shib qo'ydi.
Aralash ultrasonik nurlanishga quyildi va aralashtirish qurilmasi ishga tushirildi, aralashtirish qurilmasi reaktsiya idishining ichki qismiga joylashtirildi. Bu 120 ° S darajaga eshitildi, keyin esa ultratovush qurilma 800W ga o'rnatildi va ultrasonik ish tartibi 5 soniyali pulsli ishlaydigan davrlarga o'rnatildi. ON / 2 sek. OFF. Ultrasonik nurlanish 6 soat davomida qo'llanilib, keyin reaktsiya aralashmasi xona haroratiga qadar sovutilgan. Qattiq qoldiq, bir necha marta deiyonize suv bilan yuvindi va 80 ° C'de sobit og'irlik qadar kurutuldu. Olingan namunalar keyingi sinov va akkumulyator ishlab chiqarish uchun to'plandi. Birinchi tsikldagi zaryad hajmi 134,2mAh / g va tushirish quvvati 133,5mAh / g. Dastlabki zaryadlash va tushirish samaradorligi 99,5% ni tashkil etdi. 40 tsikldan so'ng, oqim quvvati 132,9 mAh / g gacha. (Zhang va boshqalar, 2014)
6 soat davomida 120 ° C da ultratovush bilan ishlov berish (a) dan oldin va keyin b) ishlatilgan LiCoO2 kristallari. Manba: Zhang va boshq. 2014 yil
Limon kislotasi kabi organik kislotalar bilan ultrasonik sho'r yuvish nafaqat samarali, balki ekologik jihatdan ham foydali. Tadqiqot shuni ko'rsatdiki, Ko va Li gidrolizlanishi noorganik kislotalar H bilan solishtirganda limon kislotasi bilan yanada samarali bo'ladi2SO4 va HCl. Lityum-ionli batareyalardan 96 foizdan ortiq Co va qariyb 100 foiz Li qayta tiklandi. Limon kislotasi va sirka kislotasi kabi organik kislotalarning arzonligi va biologik muvozanatning yo'qligi, sonikatsiyaning keyingi iqtisodiy va ekologik afzalliklariga yordam beradi.
Yuqori quvvatli sanoat ultratovush uskunalari
Hielscher Ultrasonika sizning yuqori samarali va ishonchli ultratovushli tizimlar uchun uzoq vaqt tajribali yetkazib beruvchi bo'lib, u chiqindi materiallardan metalllarni ajratish uchun zarur quvvatni ta'minlaydi. Lityum ion batareyalarni qayta ishlash uchun kobalt, lityum, nikel va marganets kabi metallarni chiqarib olish uchun kuchli va kuchli ultratovushli tizimlar zarur. Hielscher ultratovush tekshiruvi’ kabi sanoat birliklari UIP4000hdT (4 kVt), UIP10000 (10kVt) va UIP16000 (16kV) bozorda eng kuchli va mustahkam yuqori performansli ultratovush tizimlari. Barcha sanoat bloklarimiz 24/7 operatsiyada 200 mikrongacha bo'lgan yuqori amplitudalar bilan doimiy ravishda ishlating. Bundan yuqori amplitudalar uchun maxsus ultrasonik sonotrodlar mavjud. Hielscher ultratovush uskunasining sog'lomligi 24 soat davomida og'ir ishlarda va talab qilinadigan muhitda ishlashga imkon beradi. Hielscher shuningdek, yuqori harorat, bosim va korroziyali suyuqlik uchun maxsus sonotrodlar va reaktorlarni etkazib beradi. Ushbu sanoat ultrasonikatörlerimiz, masalan, hidrometalurjik muolajalar kabi qazib chiqarish metallurgiya texnikasi uchun eng mos keladi.
Quyidagi jadval sizga bizning ultrasonicators taxminiy qayta ishlash quvvatiga ega ekanligidan dalolat beradi:
| Buyurtma miqdori | Oqim darajasi | Tavsiya Qurilmalar |
|---|---|---|
| 0.1 20L | 04L / min uchun .2 | UIP2000hdT |
| 10 100L uchun | 10L 2 / min | UIP4000 |
| ga | 10 100L / min uchun | UIP16000 |
| ga | katta | Klaster UIP16000 |
Bilishingiz kerak bo'lgan dalillar
Lityum-Ion batareyalari
Lityum-ion batareyalar (LIB) - bu yuqori energiyali zichlikni ta'minlaydigan (qayta quvvatlanadigan) batareyalar va elektron vositalar, gibrid avtomobillar, noutbuklar, mobil telefonlar, iPod'lar va boshqalar kabi iste'molchi elektronikasiga ko'pincha qo'shiladilar. shunga o'xshash o'lcham va quvvatga ega bo'lgan qayta ishlanadigan batareyalarning boshqa variantlari, LIBlar sezilarli darajada engilroq.
Bir marta ishlatiladigan lityum asosiy batareyadan farqli o'laroq, LIB o'z elektrodi sifatida metall lityum o'rniga interkalatsiyalangan lityum birikmasidan foydalanadi. Lityum-ion batareyasining asosiy tarkibiy qismlari uning elektrodlari hisoblanadi – anod va katod – va elektrolitlar.
Aksariyat hujayralar umumiy tarkibiy qismlarni elektrolitlar, ajratgichlar, folga va kassaga nisbatan taqsimlaydi. Hujayra texnologiyalari o'rtasidagi asosiy farq, material sifatida ishlatiladi “faol moddalar” masalan, katot va anod. Grafit anot sifatida eng ko'p ishlatiladigan materialdir, katod esa qatlamlik LiMO2 (M = Mn, Co va Ni), shpinel LiMn2The4, yoki olivin LiFePO4. Elektrolitlar organik suyuqlik elektrolitlari (masalan, etilen karbonat (EC), dimetil karbonat (DMC), dietil karbonat (DEC), etil metil karbonat (EMC) kabi organik erituvchi aralashmalarida erigan LiPF6 tuzi ion harakatlari.
Ijobiy (katod) va salbiy (anote) elektrod materiallariga qarab, LIB zaryadlarining energiya zichligi va kuchlanishi navbati bilan o'zgaradi.
Elektr uskunalarida ishlatilganda, odatda elektr transport vositasi batareyasi (EVB) yoki tortish batareyasi ishlatiladi. Bunday tortish akkumulyatorlari forkliftlarda, elektr golf avtoulovlarida, tagliklar, elektr mototsikllarda, elektr avtomobillarda, yuk mashinalarida, avtoulovlarda va boshqa elektr transportida ishlatiladi.
O'tkazilgan Li-Ion batareyalaridan metallni qayta ishlash
Ko'pincha qo'rg'oshin yoki kadmiy o'z ichiga olgan boshqa turdagi akkumulyatorlar bilan taqqoslaganda, Li-Ioni batareyalar kam toksik metallarni o'z ichiga oladi va shuning uchun ekologik jihatdan qulay hisoblanadi. Biroq, ishlatilgan akkumulyator batareyalari elektromobillardan chiqarib yuborilishi kerak bo'lgan katta miqdordagi sarflanadigan Li-ion batareyalar chiqindilar muammosini keltirib chiqaradi. Shuning uchun, Li-ion batareyalarning yopiq qayta ishlash davri kerak. Iqtisodiy nuqtai nazardan, temir, mis, nikel, kobalt va lityum kabi metall elementlarni tiklash va yangi batareyalar ishlab chiqarishda qayta ishlatilishi mumkin. Qayta ishlash kelajakdagi qiyinchilikka ham to'sqinlik qilishi mumkin.
Yuqori nikel yuklangan batareyalar bozorga kelsa-da, kobalt holda batareyalarni ishlab chiqarish mumkin emas. Oliy nikel miqdori ko'payadi: nikel miqdori ko'payib, batareyaning barqarorligi pasayib, uning aylanish muddati va tez zaryad olish qobiliyati pasayadi.
Li-ion batareyalarga bo'lgan talab o'sib chiqadigan batareyalar uchun qayta ishlash quvvatlarini oshirishni talab qiladi.
Qayta ishlash jarayoni
Tesla Roadster kabi elektr transport vositalarining akkumulyatorlari taxminan ishlash muddati 10 yilga teng.
Tikanuvchi Li-ion batareyalarini qayta ishlash jarayoni jiddiy jarayon hisoblanadi, chunki yuqori kuchlanishli va xavfli kimyoviy moddalar mavjud bo'lib, bu issiqlik qochqinlari, elektr toki urishi va zararli moddalarning emissiyasi bilan bog'liq.
Yopiq loopni qayta ishlash uchun har bir kimyoviy birikma va barcha elementlar alohida-alohida fraksiyonlarga ajralib turilishi kerak. Biroq, bunday yopiq loopni qayta ishlash uchun zarur energiya juda qimmat. Qayta tiklash uchun eng qimmatbaho materiallar Ni, Co, Cu, Li va boshqalar kabi metallardir, chunki qimmat konchilik va metall komponentlarining yuqori bahosi sotish iqtisodiy jihatdan jozibador qiladi.
Li-Ioni batareyalarini qayta ishlash jarayoni batareyalarni sindirish va tushirish bilan boshlanadi. Batareyani ochishdan oldin batareyadagi kimyoviy moddalarni inaktivlashtirish uchun passivatsiya talab qilinadi. Passivatsiya kriogenli muzlatish yoki nazorat ostida oksidlanish orqali amalga oshirilishi mumkin. Batareya hajmiga qarab, batareyalarni qismlarga ajratish va hujayradan olib tashlash mumkin. Sökme va kırılmasından so'ng, elektrod tolasi hujayra kılıflarını, alyuminiy, mis va plastiğin chiqarish uchun qismlarga bir necha usul (masalan, ko'rish, elenme, qo'l to'plash, magnit, ho'l va ballistik ajratish) bilan xavfsiz holatga qilinadi. Elektrod materiallarini ajratish quyi oqim jarayonlari uchun, masalan, gidrometallurgik davolash uchun zarur.
Piroliz
Pirolitik ishlov berish uchun shlaklangan batareyalar qoldiq quruvchi moddalar sifatida ohaktosh qo'shilgandagina o'choqda eritiladi.
Hidrotermal jarayonlar
Gidrometallurgik ishlov berish metall tuzlari sifatida tuzlarni cho'ktirish uchun kislota reaktsiyalariga asoslangan. Odatda gidrometallurgik jarayonlarga gidroksidlanish, yog'ingarchilik, ion almashinuvi, solventsion ekstraktsiyalash va suvli eritmalarni elektrolizlash kiradi.
Hidrotermal ishlov berishning afzalligi + 95% Ni va Co tuzlarining tuzi sifatida yuqori qaytarilish qobiliyatiga ega bo'lishi, + Li ning 90% ni cho'kishi mumkin, qolgan qismi esa + 80% ga qayta tiklanishi mumkin.
Ayniqsa, kobalt lityum-ionli batareyalar katotlarida yuqori energiya va quvvatli dasturlar uchun muhim element hisoblanadi.
Toyota Prius kabi zamonaviy gibrid avtomobillar, Li-Ioni batareyalari singari, xuddi shunday tarzda sökülerek, deşarj qilingan va qayta ishlangan nikel metall hidrid batareyalardan foydalanadi.
Adabiyotlar / manbalar
- 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.
Laboratoriya va dastgoh ustlaridan sanoatda ishlab chiqarishga kuchli sonikatsiya.