Công nghệ siêu âm Hielscher

Ultrasonics cho việc tái chế pin lithium ion

  • Pin Lithium-ion được sử dụng trong xe hơi điện hiện nay đang đến với thị trường đại chúng và với nó, năng lực tái chế phải được phát triển.
  • Leaching siêu âm là một kỹ thuật hiệu quả, thân thiện với môi trường để phục hồi các kim loại như Li, Mg, Co, Ni, vv từ pin Li-ion đã qua sử dụng.
  • Hệ thống siêu âm công nghiệp của Hielscher cho các ứng dụng lọc là đáng tin cậy và mạnh mẽ và có thể dễ dàng tích hợp vào các nhà máy tái chế hiện có.

Tái chế pin Lithium-ion

Pin lithium-ion được sử dụng rộng rãi trong xe điện (EV), máy tính xách tay và điện thoại di động. Điều này có nghĩa rằng chi tiêu pin lithium-ion là một thách thức hiện nay liên quan đến quản lý chất thải và tái chế. Các pin là một trình điều khiển chi phí lớn cho EVs, và xử lý của họ là tốn kém, quá. Môi trường và các khía cạnh kinh tế đẩy cho một vòng tái chế khép kín kể từ khi chất thải pin có chứa các vật liệu có giá trị và giúp giảm lượng khí thải carbon sản xuất pin lithium-ion.
Tái chế pin Li-ion đang phát triển thành một ngành công nghiệp phát triển mạnh nhằm đảm bảo sự sẵn có trong tương lai của kim loại đất hiếm và các thành phần pin khác và để giảm chi phí khai thác môi trường.

Leaching siêu âm công nghiệp

Siêu lọc và chiết kim loại có thể được áp dụng cho quá trình tái chế pin lithium cobalt oxide (ví dụ như từ máy tính xách tay, điện thoại thông minh, vv) cũng như pin lithium-nickel-mangan-coban phức tạp (ví dụ như từ xe điện).
Cavitation produced by Hielscher's UIP1000hdT with cascatrode Siêu âm công suất cao được biết đến với khả năng xử lý chất lỏng hóa học và bùn để cải thiện việc truyền khối lượng và bắt đầu các phản ứng hóa học.
Các hiệu ứng cường độ cao của ultrasonication điện được dựa trên hiện tượng cavitation âm thanh. Bằng cách ghép siêu âm công suất cao vào chất lỏng / bùn, các sóng áp suất thấp và áp suất cao xen kẽ trong chất lỏng tạo ra bong bóng chân không nhỏ. Các khoảng trống chân không nhỏ phát triển qua nhiều chu kỳ áp suất thấp / áp suất cao cho đến khi implode dữ dội. Các bong bóng chân không sụp đổ có thể được coi là microreactors trong đó nhiệt độ lên đến 5000K, áp suất lên đến 1000atm, và tỷ lệ sưởi ấm và làm mát trên 10-10 xảy ra. Hơn nữa, lực cắt thủy lực mạnh mẽ và các tia chất lỏng với vận tốc lên tới 280m / s được tạo ra. Những điều kiện khắc nghiệt của cavitation âm thanh tạo ra điều kiện vật lý và hóa học phi thường trong các chất lỏng lạnh khác và tạo ra một môi trường có lợi cho các phản ứng hóa học (Sonochemistry).

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

Bộ xử lý siêu âm 48kW
cho các ứng dụng đòi hỏi như lọc quặng kim loại

Yêu cầu thông tin




Lưu ý của chúng tôi Chính sách bảo mật.


Leaching siêu âm trong việc tái chế pin Li-Ion đã chi. (Nhấn vào đây để phóng to!)

Siêu âm lọc kim loại từ chất thải pin kiệt sức.

Ultrasonically tạo ra cavitation có thể gây ra thermolysis của solutes cũng như sự hình thành của phản ứng cao gốc tự do và thuốc thử, chẳng hạn như các gốc tự do, hydroxide ion (• OH,) hydronium (H3O +), vv, trong đó cung cấp các điều kiện phản ứng bất thường trong chất lỏng để tỷ lệ phản ứng được tăng lên đáng kể. Các chất rắn như các hạt được tăng tốc bởi các vòi phun chất lỏng và được nghiền bằng va chạm liên hợp và mài mòn làm tăng diện tích bề mặt hoạt động và do đó chuyển khối lượng.
Lợi thế tuyệt vời của siêu âm lọc và phục hồi kim loại là kiểm soát chính xác hơn các thông số quá trình như biên độ, áp suất và nhiệt độ. Các thông số này cho phép điều chỉnh các điều kiện phản ứng chính xác với môi trường quy trình và đầu ra được nhắm mục tiêu. Hơn nữa, lọc siêu âm loại bỏ ngay cả những hạt kim loại nhỏ nhất từ ​​chất nền, trong khi bảo quản vi cấu trúc. Sự phục hồi kim loại tăng cường là do việc tạo ra các bề mặt có tính phản ứng siêu âm cao, tăng tốc độ phản ứng, và vận chuyển khối lượng được cải thiện. Quá trình Sonication có thể được tối ưu hóa bằng cách ảnh hưởng đến từng thông số và do đó không chỉ rất hiệu quả mà còn rất hiệu quả về năng lượng.
Kiểm soát thông số chính xác của nó và hiệu quả năng lượng làm cho siêu âm lọc các kỹ thuật thuận lợi và xuất sắc – đặc biệt là khi so sánh với các kỹ thuật tẩy rửa và chelation axit phức tạp.

Khôi phục siêu âm của LiCoO2 từ Pin Lithium-Ion Spent

Ultrasonication hỗ trợ lọc leaching và hóa chất, được sử dụng để phục hồi Li như Li2CO3 và Co as Co (OH)2 từ pin lithium-ion thải.
Zhang et al. (2014) báo cáo sự phục hồi thành công của LiCoO2 sử dụng lò phản ứng siêu âm. để chuẩn bị dung dịch bắt đầu 600mL, họ đã đặt 10g LiCoO không hợp lệ2 bột trong cốc và thêm 2,0mol / L dung dịch LiOH, được pha trộn.
Hỗn hợp được đổ vào chiếu xạ siêu âm và thiết bị khuấy bắt đầu, thiết bị khuấy được đặt vào bên trong thùng chứa phản ứng. Nó được đun nóng đến 120 ° C, và sau đó thiết bị siêu âm đã được đặt thành 800W và chế độ siêu âm của hành động được đặt thành chu kỳ nhiệm vụ xung trong 5 giây. ON / 2 giây. TẮT. Việc chiếu xạ siêu âm được áp dụng trong 6 giờ, và sau đó hỗn hợp phản ứng được làm lạnh đến nhiệt độ phòng. Phần cặn rắn được rửa sạch nhiều lần bằng nước khử ion và sấy khô ở 80◦C cho đến khi khối lượng không đổi. Mẫu thu được đã được thu thập để kiểm tra và sản xuất pin tiếp theo. Công suất sạc trong chu trình đầu tiên là 134.2mAh / g và công suất xả là 133.5mAh / g. Hiệu quả sạc và xả lần đầu tiên là 99,5%. Sau 40 chu kỳ, công suất xả vẫn là 132.9mAh / g. (Zhang và cộng sự 2014)

Tinh thể LiCoO2 thu hồi siêu âm. (Nhấn vào đây để phóng to!)

Sử dụng các tinh thể LiCoO2 trước (a) và sau (b) xử lý siêu âm ở 120◦C trong 6h. nguồn: Zhang et al. 2014

Leaching siêu âm với các axit hữu cơ như axit citric không chỉ có hiệu quả mà còn thân thiện với môi trường. Nghiên cứu phát hiện ra rằng sự rửa trôi của Co và Li hiệu quả hơn với axit xitric so với các axit vô cơ H2VÌ THẾ4 và HCl. Hơn 96% Co và gần 100% Li được thu hồi từ pin lithium-ion đã sử dụng. Thực tế là các axit hữu cơ như axit xitric và axít axetic là không tốn kém và có khả năng phân hủy sinh học, góp phần tạo thêm lợi thế về kinh tế và môi trường của sonication.

Ultrasonics công nghiệp công suất cao

UIP4000hdT - Hielscher's 4kW high-performance ultrasonic system Hielscher Ultrasonics là nhà cung cấp có kinh nghiệm lâu năm của bạn cho các hệ thống siêu âm hiệu quả và đáng tin cậy, cung cấp năng lượng cần thiết để leach kim loại từ các vật liệu thải. Để tái chế các pin li-ion bằng cách chiết xuất các kim loại như coban, lithium, nickel, và mangan, hệ thống siêu âm mạnh mẽ và mạnh mẽ là rất cần thiết. Hielscher Ultrasonics’ các đơn vị công nghiệp như UIP4000hdT (4kW), UIP10000 (10kW)UIP16000 (16kW) là những hệ thống siêu âm mạnh mẽ và mạnh mẽ nhất trên thị trường. Tất cả các đơn vị công nghiệp của chúng tôi có thể hoạt động liên tục với biên độ rất cao lên đến 200µm trong hoạt động 24/7. Đối với amplitudes thậm chí cao hơn, sonotrodes siêu âm tùy chỉnh có sẵn. Sự vững chắc của thiết bị siêu âm Hielscher cho phép hoạt động 24/7 ở nhiệm vụ nặng nề và trong môi trường đòi hỏi khắt khe. Hielscher cung cấp sonotrodes đặc biệt và lò phản ứng cho nhiệt độ cao, áp lực và chất lỏng ăn mòn, quá. Điều này làm cho ultrasonicators công nghiệp của chúng tôi phù hợp nhất cho kỹ thuật luyện kim khai thác, ví dụ như phương pháp điều trị hydrometallurgical.

Bảng dưới đây cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của máy siêu âm:

batch Khối lượng Tốc độ dòng Thiết bị khuyến nghị
0.1 đến 20L 00,2 đến 4L / phút UIP2000hdT
10 đến 100L 2 đến 10L / phút UIP4000
N.A. 10 đến 100L / phút UIP16000
N.A. lớn hơn Cụm UIP16000

Liên hệ chúng tôi! / Hỏi chúng tôi!

Vui lòng sử dụng mẫu dưới đây, nếu bạn muốn yêu cầu thêm thông tin về đồng nhất bằng siêu âm. Chúng tôi sẽ vui lòng cung cấp cho bạn một hệ thống siêu âm đáp ứng yêu cầu của bạn.










Văn học / Tài liệu tham khảo

  • Golmohammadzadeh R., Rashchi F., Vahidi E. (2017): Thu hồi lithium và coban từ pin lithium-ion đã sử dụng bằng axit hữu cơ: tối ưu hóa quy trình và các khía cạnh động học. Quản lý chất thải 64, 2017. 244–254.
  • Shin S.-M .; Lee D.-W .; Wang J.-P. (2018): Chế tạo bột niken nano từ LiNiO2 từ Pin Lithium-Ion Spent. Kim loại 8, 2018.
  • Zhang Z., Ông W., Li G., Xia J., Hồ H., Huang J. (2014): Cải thiện thủy nhiệt hỗ trợ siêu âm LiCoO2 từ Cathode của Pin Lithium-ion Spent. Int. J. Electrochem. Khoa học, 9 (2014). 3691-3700.
  • Zhang Z., He W., Li G., Xia J., Hồ H., Huang J., Shengbo Z. (2014): Khôi phục Vật liệu Oxit Lithium Cobalt từ Cathode của Pin Lithium-Ion đã Chi. ECS Electrochemistry Letters, 3 (6), 2014. A58-A61.


Sự kiện đáng biết

Pin Lithium-Ion

Pin Lithium-ion (LIB) là pin cho pin (có thể sạc lại) có mật độ năng lượng cao và thường được tích hợp trong các thiết bị điện tử tiêu dùng như xe hơi điện tử, xe lai, máy tính xách tay, điện thoại di động, iPod, vv. các biến thể khác của pin sạc có kích thước và dung lượng tương tự, LIBs nhẹ hơn đáng kể.
Không giống như pin lithium chính dùng một lần, LIB sử dụng hợp chất lithium xen kẽ thay vì lithium kim loại làm điện cực của nó. Các thành phần chính của pin lithium-ion là các điện cực của nó – cực dương và cực âm – và chất điện phân.
Hầu hết các tế bào chia sẻ các thành phần phổ biến về chất điện phân, phân tách, lá và vỏ. Sự khác biệt chính giữa công nghệ tế bào là vật liệu được sử dụng như “vật liệu hoạt động” như cathode và anode. Graphite là vật liệu được sử dụng thường xuyên nhất như anôt, trong khi cathode được làm bằng lớp LiMO2 (M = Mn, Co, và Ni), spinel LiMn2các4hoặc olivine LiFePO4. Chất điện phân chất lỏng hữu cơ điện phân (ví dụ muối LiPF6 hòa tan trong hỗn hợp các dung môi hữu cơ, như ethylene carbonate (EC), dimetyl cacbonat (DMC), cacbonat dietyl (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), vv) cho phép chuyển động ion.
Tùy thuộc vào vật liệu điện cực dương (cực âm) và điện cực âm (anode), mật độ năng lượng và điện áp của LIB thay đổi tương ứng.
Khi được sử dụng trong xe điện, thường sử dụng pin điện (EVB) hoặc pin kéo. Các loại pin kéo này được sử dụng trong xe nâng hàng, xe đẩy điện, máy lọc sàn, xe máy điện, xe điện, xe tải, xe tải và các loại xe điện khác.

Tái chế kim loại từ pin Li-Ion đã dùng

So với các loại pin khác thường chứa chì hoặc cadmium, pin Li-ion chứa ít kim loại độc hơn và do đó được coi là thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, số lượng lớn pin Li-ion đã sử dụng, sẽ phải được thải bỏ như pin đã tiêu thụ từ xe điện, gây ra vấn đề lãng phí. Do đó, một vòng tái chế khép kín của pin Li-ion là cần thiết. Từ quan điểm kinh tế, các nguyên tố kim loại như sắt, đồng, niken, coban và lithium có thể được thu hồi và tái sử dụng trong sản xuất pin mới. Tái chế cũng có thể ngăn chặn tình trạng thiếu hụt trong tương lai.
Mặc dù pin có tải lượng niken cao hơn đang được đưa vào thị trường nhưng không thể sản xuất pin mà không có coban. Hàm lượng niken cao hơn đi kèm với chi phí: Với hàm lượng niken tăng, độ ổn định của pin sẽ giảm và do đó tuổi thọ chu kỳ của nó và khả năng sạc nhanh sẽ giảm.

Nhu cầu về pin Li-ion ngày càng tăng. Nguồn: Deutsche Bank

Nhu cầu ngày càng tăng đối với pin Li-ion yêu cầu tăng khả năng tái chế cho pin thải.

Quy trình tái chế

Pin của xe điện như Tesla Roadster có tuổi thọ gần đúng là 10 năm.
Việc tái chế pin Li-ion cạn kiệt là một quá trình đòi hỏi vì điện áp cao và các hóa chất độc hại có liên quan, đi kèm với các rủi ro của việc chạy trốn nhiệt, sốc điện và phát thải các chất độc hại.
Để thiết lập tái chế vòng khép kín, mọi liên kết hóa học và tất cả các phần tử phải được tách ra thành các phần riêng lẻ của chúng. Tuy nhiên, năng lượng cần thiết cho việc tái chế vòng kín như vậy là rất tốn kém. Các vật liệu có giá trị nhất để phục hồi là kim loại như Ni, Co, Cu, Li, vv vì khai thác tốn kém và giá thành thị trường cao của các thành phần kim loại làm cho việc tái chế trở nên kinh tế hấp dẫn.
Quá trình tái chế pin Li-ion bắt đầu bằng việc tháo dỡ và xả pin. Trước khi mở pin, cần phải có một thụ động để khử hoạt tính hóa chất trong pin. Sự thụ động có thể đạt được bằng cách đông lạnh hoặc kiểm soát quá trình oxy hóa. Tùy thuộc vào kích cỡ pin, pin có thể được tháo dỡ và tháo rời xuống ô. Sau khi tháo dỡ và nghiền, các thành phần được cách ly bằng một số phương pháp (ví dụ sàng lọc, sàng, lấy tay, từ, ướt, và tách đạn) để loại bỏ vỏ tế bào, nhôm, đồng và nhựa khỏi bột điện cực. Việc tách các vật liệu điện cực là cần thiết cho các quá trình hạ lưu, ví dụ như xử lý thủy luyện.
Nhiệt phân
Đối với chế biến nhiệt phân, pin vụn được nấu chảy trong lò, nơi đá vôi được thêm vào như một tác nhân tạo xỉ.

Quy trình thủy nhiệt
Chế biến thủy luyện kim được dựa trên phản ứng axit để kết tủa các muối dưới dạng kim loại. Quy trình thủy luyện kim điển hình bao gồm lọc, kết tủa, trao đổi ion, chiết dung môi và điện phân dung dịch nước.
Ưu điểm của chế biến thủy nhiệt là năng suất thu hồi cao + 95% của Ni và Co làm muối, + 90% của Li có thể kết tủa, và phần còn lại có thể được thu hồi tới + 80%.

Đặc biệt coban là một thành phần quan trọng trong các cực âm pin lithium-ion cho các ứng dụng năng lượng và năng lượng cao.
Những chiếc xe lai hiện tại như Toyota Prius, sử dụng pin hiđrua kim loại niken, được tháo dỡ, thải ra và tái chế theo cách tương tự như pin Li-ion.

Ultrasonics Hielscher sản xuất siêu âm hiệu suất cao.

Sonication mạnh mẽ từ phòng thí nghiệm và băng ghế cho sản xuất công nghiệp.