Prozessintensivierung beim Recycling von Lithium-Ionen-Akkus
Sprache des Vortragstitels:
Deutsch
Original Tagungtitel:
Jahrestreffen der DECHEMA-Fachgruppen Extraktion und Mischvorgänge
Sprache des Tagungstitel:
Deutsch
Original Kurzfassung:
Lithium-Ionen-Akkus (LIB) bilden die Basis der Elektromobilität. Der damit einhergehende steigende Bedarf an Akkus stellt die weltweite Gemeinschaft vor drastische Herausforderungen. Zum einen reicht die derzeitige Förderkapazität an Cobalt, Nickel und Lithium nicht aus, die wachsende Nachfrage global zu decken. Zum anderen stellen verbrauchte Lithium-Ionen-Akkus eine ernstzunehmende Gefährdung der Umwelt im Falle einer Deponierung dar. Beide Aspekte führen dazu, das Recycling dieser Batterien zu forcieren.
Im ?Black Material? stehen am Ende der mechanischen Aufarbeitung verbrauchter LIB die Aktivmaterialien aus Anode und Kathode zur Verfügung. Dieses beinhaltet die Wertstoffe Co, Li, Ni und Mn, die über einen Leaching-Prozess in die wässrige Phase überführt werden. In eigener Forschung konnte die Trennung von Mangan mit Hilfe des Ionenaustauschers Di/2-Ethylhexyl)-phosphorsäure (D2EHPA) in einer DN 50 Disc & Doughnut Kolonne demonstriert werden. Dabei ergaben sich Extraktionsausbeuten von bis zu 97 % und Selektivitäten über 10. Diese Resultate werden durch einen erhöhten Bedarf an Solvent überschattet, der sich durch die Nutzung von Settlern am Kopf der Kolonne die Phasentrennung ergeben. Darüber hinaus ist eine dynamische Fahrweise der Kolonne durch die komplexe Hydrodynamik sehr eingeschränkt.
In der vorliegenden Arbeit wird der Einsatz eines Hohlfaser-Moduls in kompakter Bauweise von 300x80x80 mm für die Reaktivextraktion betrachtet. Dabei ist die spezifische Oberfläche für den Stofftransport zwischen organischer und wässriger Phase vergleichbar mit der Disc & Doughnut Kolonne. Die Phasengrenzfläche wird durch eine dünne Membran stabilisiert. Somit können zum einen eine hohe spezifische Oberfläche realisiert werden. Zum anderen aber auch beliebige Phasenverhältnisse eingestellt werden.
Sprache der Kurzfassung:
Deutsch
Englischer Vortragstitel:
Process intensification in the recycling of lithium-ion batteries
Englischer Tagungstitel:
Annual Meeting of the DECHEMA Extraction and Mixing Processes Groups
Englische Kurzfassung:
Lithium-ion batteries, LIB, build the basis of electro-mobility. As a result the demand on batteries is increasing and thisposes drastic challenges to the global community.On the one hand, the current production capacity of cobalt, nickel and lithium is not sufficient to meet the growing global demand. On the other hand, used lithium-ion batteries pose a serious threat to the environment in the event of landfill. Both aspects lead to the need to push the recycling of these batteries.
In the "Black Material", the active materials from the anode and cathode are available at the end of the mechanical reprocessing of spent LIB. This contains the valuable materials Co, Li, Ni and Mn, which are transferred to the aqueous phase via a leaching process. In our own research, the separation of manganese using the ion exchanger Di/2-ethylhexyl)-phosphoric acid (D2EHPA) was demonstrated in a DN 50 Disc & Doughnut column. Extraction yields of up to 97% and selectivities above 10 were obtained. However, these results are overshadowed by an increased solvent requirement resulting from the use of settlers at the top of the column phase separation. In addition, dynamic operation of the column is very limited by the complex hydrodynamics.
In the present work, the use of a hollow fiber module for reactive extraction will now be considered. The hollow fiber module is characterized by a compact design of 300 x 80 x 80 mm. The specific surface for mass transfer between organic and aqueous phase is comparable to the Disc & Doughnut column. The phase interface is stabilized by a thin supported liquid membrane. Thus, on the one hand a high specific surface can be realized. On the other hand, arbitrary phase ratios can be set.