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 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.

Yêu cầu thông tin




Lưu ý của chúng tôi Chính sách bảo mật.


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

Tái chế nhiệt luyện và thủy luyện kim so với tái chế pin siêu âm

Dưới đây, chúng tôi so sánh các phương pháp thông thường của quá trình luyện kim và thủy luyện kim với kỹ thuật lọc siêu âm liên quan đến ưu điểm và nhược điểm.

Hạn chế của tái chế pin thông thường

Các phương pháp truyền thống được sử dụng để tái chế pin lithium-ion bao gồm các quy trình luyện kim và thủy luyện kim.
 
Phương pháp luyện kim liên quan đến các quá trình nhiệt độ cao như nấu chảy hoặc đốt. Pin phải chịu nhiệt độ cực cao, khiến các thành phần hữu cơ bị đốt cháy, và các thành phần kim loại còn lại bị nóng chảy và tách ra. Tuy nhiên, những phương pháp này có một số nhược điểm:

  • Tác động môi trường: Các quá trình luyện kim thải ra khí thải độc hại và các chất ô nhiễm vào khí quyển, góp phần gây ô nhiễm không khí và có khả năng gây nguy hiểm cho sức khỏe.
  • Mất vật liệu: Các quá trình nhiệt độ cao có thể dẫn đến mất vật liệu và kim loại có giá trị do suy thoái nhiệt, làm giảm tốc độ phục hồi tổng thể.
  • Năng lượng chuyên sâu: Những phương pháp này thường đòi hỏi đầu vào năng lượng đáng kể, làm tăng chi phí vận hành và dấu chân môi trường.

 
Phương pháp thủy luyện liên quan đến việc lọc hóa chất để hòa tan các thành phần của pin và chiết xuất các kim loại có giá trị. Mặc dù thân thiện với môi trường hơn các phương pháp luyện kim, thủy luyện kim có những nhược điểm riêng:

  • Sử dụng hóa chất: Axit mạnh hoặc các hóa chất ăn mòn khác là cần thiết để lọc, làm dấy lên lo ngại về việc xử lý hóa chất, quản lý chất thải và ô nhiễm môi trường tiềm ẩn.
  • Thách thức chọn lọc: Đạt được sự lọc lọc có chọn lọc các kim loại mong muốn có thể khó khăn, dẫn đến tỷ lệ thu hồi thấp hơn và khả năng mất các tài nguyên có giá trị.

 

Ưu điểm của Leaching pin siêu âm so với các kỹ thuật thông thường

Khi so sánh với cả hai, kỹ thuật tái chế pháo hoa và thủy luyện kim, kỹ thuật tái chế pin siêu âm vượt trội do những ưu điểm khác nhau:

  1. Nâng cao hiệu quả: Sonication siêu âm có thể đẩy nhanh sự cố của vật liệu pin, dẫn đến thời gian xử lý ngắn hơn và hiệu quả tổng thể cao hơn.
  2. Cải thiện tỷ lệ phục hồi: Các ứng dụng kiểm soát của cavitation siêu âm tăng cường sự phân hủy của các thành phần pin, tăng tỷ lệ phục hồi của kim loại có giá trị.
  3. Thân thiện với môi trường: Tái chế siêu âm làm giảm sự phụ thuộc vào nhiệt độ cao và hóa chất khắc nghiệt, giảm thiểu tác động môi trường và giảm lượng khí thải của các chất ô nhiễm.
  4. Lọc lọc lọc: Ứng dụng siêu âm có kiểm soát cho phép phá vỡ mục tiêu các thành phần cụ thể trong pin, tách chúng một cách hiệu quả. Vì các hợp chất pin có thể tái chế khác nhau được loại bỏ hòa tan dưới cường độ siêu âm cụ thể, các thông số xử lý được tối ưu hóa cho phép lọc chọn lọc các vật liệu riêng lẻ. Điều này tạo điều kiện cho việc tách hiệu quả các kim loại và vật liệu có giá trị.
  5. Giảm tiêu thụ năng lượng: So với cả hai, thủy luyện kim và đặc biệt là phương pháp luyện kim, tái chế siêu âm thường tiết kiệm năng lượng hơn, dẫn đến chi phí vận hành thấp hơn và giảm lượng khí thải carbon.
  6. Khả năng mở rộng và tính linh hoạt: Hệ thống siêu âm có thể dễ dàng thu nhỏ lên hoặc xuống để phù hợp với kích thước pin khác nhau và khả năng sản xuất. Ngoài ra, ultrasonicators để tái chế pin có thể dễ dàng tích hợp vào các cơ sở tái chế pin đã có sẵn. Có sẵn ở các quy mô năng lượng khác nhau và các phụ kiện phù hợp như đầu dò siêu âm và lò phản ứng tế bào dòng chảy, ultrasonicators có thể xử lý các thành phần pin, kích cỡ khác nhau và năng lực sản xuất, cung cấp khả năng mở rộng và khả năng thích ứng trong quá trình tái chế.
  7. Tích hợp hiệp đồng: Lọc siêu âm có thể được tích hợp vào các dây chuyền tái chế pin thủy luyện hiện có để tăng cường và cải thiện việc lọc thủy luyện kim của các kim loại và vật liệu có giá trị từ pin Li-ion đã qua sử dụng.

Nhìn chung, tái chế pin siêu âm cho thấy hứa hẹn là một phương pháp thân thiện với môi trường, hiệu quả và chọn lọc hơn so với các phương pháp luyện kim và thủy luyện kim truyền thống.

 

Cavitation siêu âm mạnh mẽ tại Hielscher Cascatrode

Cavitation siêu âm mạnh mẽ tại Hielscher Cascatrode

 

Yêu cầu thông tin




Lưu ý của chúng tôi Chính sách bảo mật.


Leaching siêu âm công nghiệp để phục hồi kim loại từ pin đã qua sử dụng

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).
Lò phản ứng siêu âm đa đầu dò công nghiệp để phục hồi kim loại từ pin Li-ion đã qua sử dụng. Lọc Ultarsonic cho năng suất thu hồi cao của lithium, coban, đồng, nhôm và niken.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 động lực mạnh và các tia chất lỏng với vận tốc lên tới 280m / s được tạo ra. Những điều kiện khắc nghiệt của xâm thực âm thanh tạo ra các 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 (được gọi là Sonochemistry).

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)
 

Proby-loại ultrasonication cải thiện sự rò rỉ và phục hồi kim loại quý và vật liệu từ pin Li-ion đã qua sử dụng. Hielscher Ultrasonics cung cấp ultrasonicators chìa khóa trao tay sẵn sàng cho việc cài đặt vào nhà máy tái chế pin để cải thiện năng suất tái chế.

Sử dụng tinh thể LiCoO2 trước (a) và sau (b) điều trị siêu âm ở 120◦C trong 6h.
Nghiên cứu và hình ảnh: ©Zhang et al. 2014

 
Siêu âm lọc với các axit hữu cơ như axit citric không chỉ hiệu quả mà còn thân thiện với môi trường. Nghiên cứu cho thấy việc lọc Co và Li hiệu quả hơn với axit citric so với các axit vô cơ H2SO4 và HCl. Hơn 96% Co và gần 100% Li đã được thu hồi từ pin lithium-ion đã qua sử dụng. Thực tế là các axit hữu cơ như axit citric và axit axetic không tốn kém và có thể phân hủy sinh học, góp phần vào lợi thế kinh tế và môi trường hơn nữa của sonication.

Ultrasonics công nghiệp công suất cao cho Leaching kim loại từ pin chi tiêu

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 cao và đáng tin cậy, cung cấp năng lượng cần thiết để lọc kim loại từ vật liệu thải. Để tái chế pin li-ion bằng cách chiết xuất các kim loại như coban, lithium, niken và mangan, hệ thống siêu âm mạnh mẽ và mạnh mẽ là rất cần thiết. Hielscher siêu âm các đơn vị công nghiệp như UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), UIP10000 (10kW), và UIP16000 (16kW) là những hệ thống siêu âm hiệu suất cao mạnh mẽ và mạnh mẽ nhất trên thị trường. Tất cả các đơn vị công nghiệp của chúng tôi có thể được chạy liên tục với biên độ rất cao lên đến 200μm trong hoạt động 24/7. Đối với biên độ cao hơn, sonotrodes siêu âm tùy chỉnh có sẵn. Sự mạnh mẽ 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 cũng cung cấp các sonotrodes và lò phản ứng đặc biệt cho nhiệt độ cao, áp suất và chất lỏng ăn mòn. 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 thủy luyện.

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 UIP4000hdT
20 đến 200L 4 đến 20L / phút UIP6000hdT
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.












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.

Văn học / Tài liệu tham khảo

  • 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.

Ultrasonics Hielscher sản xuất siêu âm hiệu suất cao.

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

Chúng tôi sẽ rất vui khi thảo luận về quá trình của bạn.

Hãy liên hệ.