AT528242B1 - Verfahren zum Aufarbeiten von Altbatterien, insbesondere von gebrauchten Lithium-Ionen-Akkumulatoren - Google Patents

Verfahren zum Aufarbeiten von Altbatterien, insbesondere von gebrauchten Lithium-Ionen-Akkumulatoren

Info

Publication number
AT528242B1
AT528242B1 ATA69/2024A AT692024A AT528242B1 AT 528242 B1 AT528242 B1 AT 528242B1 AT 692024 A AT692024 A AT 692024A AT 528242 B1 AT528242 B1 AT 528242B1
Authority
AT
Austria
Prior art keywords
nitrogen
batteries
deep
laval nozzle
cooling container
Prior art date
Application number
ATA69/2024A
Other languages
English (en)
Other versions
AT528242A1 (de
Original Assignee
Protectlib Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Protectlib Gmbh filed Critical Protectlib Gmbh
Priority to ATA69/2024A priority Critical patent/AT528242B1/de
Priority to PCT/AT2025/060193 priority patent/WO2025236021A1/de
Publication of AT528242A1 publication Critical patent/AT528242A1/de
Application granted granted Critical
Publication of AT528242B1 publication Critical patent/AT528242B1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/52—Reclaiming serviceable parts of waste cells or batteries, e.g. recycling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/04—Hardening by cooling below 0 degrees Celsius
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B1/00—Preliminary treatment of ores or scrap
    • C22B1/005—Preliminary treatment of scrap
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B7/00—Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
    • C22B7/005—Separation by a physical processing technique only, e.g. by mechanical breaking
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D17/00—Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces
    • F25D17/04—Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces for circulating air, e.g. by convection
    • F25D17/06—Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces for circulating air, e.g. by convection by forced circulation
    • F25D17/08—Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces for circulating air, e.g. by convection by forced circulation using ducts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D3/00—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies
    • F25D3/10—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies using liquefied gases, e.g. liquid air
    • F25D3/105—Movable containers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/54—Reclaiming serviceable parts of waste accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/84—Recycling of batteries or fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Primary Cells (AREA)

Abstract

Ein Verfahren zum Aufarbeiten von Altbatterien, insbesondere von gebrauchten Lithium-Ionen-Akkumulatoren, umfasst zumindest die folgenden Schritte: - Tiefgefrieren der Altbatterien in einem Tiefkühlschritt bei Temperaturen zwischen -200°C und -100°C unter Zufuhr eines flüssigen und/oder gasförmigen Fluids, insbesondere unter Zufuhr von flüssigem und/oder gasförmigem Stickstoff und/oder CO2, zu den Altbatterien - Zerkleinern der Altbatterien in tiefgefrorenem Zustand in einem Zerkleinerungsschritt - Verdampfen von Elektrolytflüssigkeit der Altbatterien in einem Trocknungsschritt und - Trennen und Sortieren der Teile der zerkleinerten Altbatterien in unterschiedliche Klassen in einem Trennschritt, wobei der Tiefkühlschritt in einem Kühlbehälter erfolgt, in den während des Tiefkühlschritts flüssiger und/oder gasförmiger Stickstoff kontinuierlich zugeführt und aus dem gasförmiger Stickstoff kontinuierlich abgeführt wird.

Description

Ss N
Beschreibung
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß einem ersten Aspekt ein Verfahren zum Aufarbeiten von Altbatterien, insbesondere von gebrauchten Lithium-Ilonen-Akkumulatoren, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst: Tiefgefrieren der Altbatterien in einem Tiefkühlschritt bei Temperaturen zwischen -200°C und -100°C unter Zufuhr eines flüssigen und/oder gasförmigen Fluids, insbesondere unter Zufuhr von flüssigem und/oder gasförmigem Stickstoff und/oder CO-,, zu den Altbatterien; Zerkleinern der Altbatterien in tiefgefrorenem Zustand in einem Zerkleinerungsschritt; Verdampfen von Elektrolytflüssigkeit der Altbatterien in einem Trocknungsschritt und Trennen und Sortieren der Teile der zerkleinerten Altbatterien in unterschiedliche Klassen in einem Trennschritt.
[0002] Mit dem geplanten Umstieg auf sogenannte grüne Technologien, bei denen elektrische Energie zunehmend Energie aus fossilen Treibstoffen ersetzen soll, werden immer größere Mengen an Batterien und insbesondere Lithium-lonen-Akkumulatoren produziert. Diese Akkumulatoren finden insbesondere in der Elektromobilität als Energiespeicher für Elektromotoren aber auch als Energiespeicher für erneuerbare Energiequellen Verwendung, sodass zunehmend auch immer mehr Altbatterien, insbesondere in Gestalt von Lithium-lonen-Akkumulatoren anfallen, die selbstverständlich entsorgt werden müssen.
[0003] Hierbei geht es zum einen um die Rückgewinnung der in den Altbatterien enthaltenen Rohstoffe, um daraus unter Umständen neue Batterien herzustellen, gleichzeitig spielt aber auch der Sicherheitsaspekt eine große Rolle. Zum Aufarbeiten und in der Folge Recycling der Rohstoffe von Altbatterien werden die Batterien zuerst zerkleinert und die Stoffe danach voneinander getrennt und entsprechend klassiert. Beim Zerkleinern von Altbatterien können jedoch naturgemäß Kurzschlüsse mit entsprechender Brandgefahr auftreten, sodass Vorkehrung zur Verhinderung solcher Kurzschlüsse getroffen werden müssen.
[0004] Hierfür ist es im Stand der Technik bekannt, die zu verwertenden Batterien zuerst einem Tiefkühlschritt zu unterwerfen, um die Batterien durch die niedrigen Temperaturen und die daraus resultierende Unterbindung der lonenmobilität im Elektrolyten zu inertisieren. Danach erfolgt die Zerkleinerung durch Schreddern, die bei den tiefen Temperaturen aufgrund der Sprödheit der Materialien bei den geringen Temperaturen ebenfalls leichter vonstatten geht.
[0005] Für den Tiefkühlschritt wird im Stand der Technik ein Bad aus tiefkalt verflüssigtem Stickstoff eingesetzt, das in einem Kühlbehälter vorgehalten wird und in das die zu verarbeitenden Altbatterien eingetaucht werden, um diese tiefzukühlen. Dieses Vorgehen erfordert eine große Menge an Flüssigstickstoff und es resultieren beim Herausnehmen der tiefgekühlten Batterien aus dem flüssigen Stickstoff und dem in der Folge notwendigen Abdampfen des Stickstoffs von den Altbatterien bedeutende Stickstoffverluste, die die Wirtschaftlichkeit der Verwertung in Frage stellen.
[0006] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit der die Aufarbeitung von Altbatterien insbesondere hinsichtlich des Stickstoffverbrauchs wirtschaftlicher vonstattengeht.
[0007] Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der Tiefkühlschritt in einem Kühlbehälter erfolgt, in den während des Tiefkühlschritts flüssiger und/oder gasförmiger Stickstoff kontinuierlich zugeführt und aus dem gasförmiger Stickstoff kontinuierlich abgeführt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit kein Stickstoffbad vorgelegt, sondern es wird tiefkalter Stickstoff flüssig und/oder gasförmig kontinuierlich in einen Kühlbehälter eingebracht, bis die Altbatterien entsprechend tiefgekühlt sind. Dieses Vorgehen erfordert nur einen Bruchteil der Menge an tiefkaltem Stickstoff verglichen mit dem Stickstoffbad, dass aus dem Stand der Technik bekannt ist, sodass das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber dem Stand der Technik unmittelbar für wirtschaftlicher anzusehen ist.
[0008] Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden unter besonderer Bezugnahme auf die Zu-
x bes AT 528 242 B1 2026-01-15
Ss N
fuhr von Stickstoff zum Tiefkühlen der Altbatterien beschrieben, dem Fachmann ist jedoch klar, dass auch andere tiefkalte Fluide zum Einsatz gelangen können. So bietet sich insbesondere CO» als Kühlmittel an. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können jedoch auch andere tiefkalt verflüssigte Gase eingesetzt werden.
[0009] Die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in bedeutendem Maß erhöht, wenn der während des Tiefkühlschritts kontinuierlich aus dem Kühlbehälter abgeführte Stickstoff zumindest teilweise in einen Stickstoffbehälter zurückgeführt wird, aus welchem Stickstoffbehälter zumindest ein Teil des während des Tiefkühlschritts kontinuierlich in den Kühlbehälter zugeführten Stickstoffs entnommen wird, wie dies einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht. Gemäß dieser bevorzugten Verfahrensvariante wird der Stickstoff für den Tiefkühlschritt somit zwischen dem Kühlbehälter und dem Stickstoffbehälter im Kreis geführt, sodass abgesehen von unvermeidbaren Verlusten im Wesentlichen der Stickstoff, der für den Tiefkühlschritt eingesetzt wird, nicht verloren geht.
[0010] Der im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz gelangende Stickstoffbehälter steht gegenüber Atmosphärendruck nur unter einem geringen Überdruck, damit die Rückführung des gasförmigen Stickstoffs aus dem Kühlbehälter in den Stickstoffbehälter keine Fördermittel benötigt. Allerdings wird in günstiger Weise der Stickstoff durch Kompression und Entspannung tiefgekühlt und gegebenenfalls sogar tiefkalt verflüssigt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher bevorzugt dahingehend weitergebildet, dass der Stickstoff vor dem Zuführen in den Kühlbehälter verdichtet wird, wobei die Kompressionswärme der Verdichtung auf ein Kühlmittel übertragen wird. Nach dem Verdichten des gasförmigen Stickstoffs und dem Wärmeentzug kann das Tiefkühlen des Stickstoffs in bekannter Weise durch Entspannen des Stickstoffs erfolgen.
[0011] Die auf das Kühlmittel übertragene Kompressionswärme des Verdichtungsschritts kann an anderer Stelle des erfindungsgemäßen Verfahrens zweckmäßig zum Einsatz gelangen. So entspricht es einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn die Kompressionswärme dem Trocknungsschritt zugeführt wird. Der Trocknungsschritt dient zum einen dem Abdampfen von Stickstoffresten, vor allem aber dem Verflüssigen und Verdampfen der Elektrolytflüssigkeit der aufzuarbeiten Altbatterien. Zu diesem Zweck werden die Batterieteile der zerkleinerten Altbatterien erwärmt, wofür in besonders wirtschaftlicher Weise beim erfindungsgemäßen Verfahren die Abwärme der Verdichtung des Stickstoffs eingesetzt werden kann.
[0012] Um das Abdampfen der Elektrolytflüssigkeit im Trocknungsschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter zu unterstützen, kann es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass der Trocknungsschritt unter Vakuum durchgeführt wird.
[0013] Naturgemäß ist die eingangs genannte Gefahr vom Kurzschlüssen beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Aufarbeiten von Altbatterien beim Schritt des Zerkleinerns der Batterien am größten. Beim Zerkleinern werden die Batterien in der Regel in einem Schredder geschreddert, wodurch es zu einer vollständigen Zerstörung der physischen Struktur der Batterien kommt. Hierbei bieten sich naturgemäß zahllose Möglichkeiten für Kurzschlüsse zwischen den lose aufeinander liegenden Batterieteilen mit der dazwischen befindlichen Elektrolytflüssigkeit. Me eingangs erwähnt wird aus diesem Grund die Zerkleinerung in tiefgekühltem Zustand der Altbatterien durchgeführt. Um nun die Gefahr von Bränden nach Kurzschlüssen weiter zu senken, ist das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der Zerkleinerungsschritt inertisiert unter Stickstoff durchgeführt wird, wobei bevorzugt eine Zerkleinerungskammer, zur Durchführung des Zerkleinerungsschritts zuerst evakuiert und dann mit Stickstoff befüllt wird. Die Zerkleinerung der Batterien in einer Stickstoffatmosphäre dient dazu, eventuell trotz der Tiefkühlung auftretende Brände nach Kurzschlüssen sofort zu ersticken.
[0014] Eine weitere Erhöhung der Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dann erreicht werden, wenn die für das Evakuieren aus der Zerkleinerungskammer abgezogene Luft als Steuerluft für einen Verdichter zum Verdichten des Stickstoffs vor dem Zuführen in den Kühlbehälter eingesetzt wird. In diesem Fall wird der Verdichter für den Stickstoff zumindest teil-
x bes AT 528 242 B1 2026-01-15
Ss N
weise pneumatisch betrieben, sodass im Gesamtprozess eine gemeinsame Pumpe zum Evakujeren der Schredderkammer und zum Betrieb des Verdichters betrieben werden muss.
[0015] Nach dem Verdichten des Stickstoffs wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Tiefkühlen und gegebenenfalls zum teilweise Verflüssigen des Stickstoff derart vorgegangen, dass der verdichtete Stickstoff gasförmig in eine Lavaldüse geleitet wird, die in den Kühlbehälter mündet, wobei die Lavaldüse dergestalt ausgebildet ist, dass der Stickstoff beim Übergang vom konvergenten in den divergenten Teil der Lavaldüse zumindest teilweise verflüssigt wird. Im konvergenten Verdichterteil der Lavaldüse kommt es hierbei zu einer gasdynamischen Verdichtung des Stickstoffgases und nach der Drossel im divergenten Verdampferteil der Lavaldüse erfolgt die Expansion auf den relativ geringen Druck im Kühlbehälter. Hierdurch kommt es zu einem dramatischen Temperaturabfall des Stickstoffs mit damit einhergehender Verflüssigung. Auf diese Weise können die zu verwertenden Altbatterien effektiv auf die gewünschten Temperaturen von zwischen -200°C und -100°C gekühlt werden.
[0016] Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß einem weiteren Aspekt eine Vorrichtung zum Aufarbeiten von Altbatterien, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und zur Erzielung der im Zusammenhang mit dem Verfahren erörterten Vorteile. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Kühlbehälter zur Aufnahme von Altbatterien auf, wobei der Kühlbehälter eine Anschlussöffnung für eine Düsenvorrichtung aufweist und eine Düsenvorrichtung zum kontinuierlichen Zuführen von flüssigem und/oder gasförmigem Stickstoff in den Kühlbehälter und zum kontinuierlichen Abführen von gasförmigem Stickstoff aus dem Kühlbehälter in die Anschlussöffnung eingesetzt ist. Die Düsenanordnung umfasst erfindungsgemäß eine axial angeordnete Lavaldüse mit einer konvergenten Verdichterseite und einer divergenten Expanderseite und es ist zumindest ein von der Expanderseite zur Verdichterseite führender Rückströmkanal neben der Lavaldüse angeordnet. Die Düsenanordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gestattet es mit ihrem zumindest einen Rückströmkanal, dass während des Tiefkühlschritts des erfindungsgemäßen Verfahrens flüssiger und/oder gasförmiger Stickstoff tiefkalt und kontinuierlich in den Kühlbehälter zugeführt und gleichzeitig gasförmiger Stickstoff kontinuierlich abgeführt wird. Auf diese Weise kann, wie bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erörtert, auf das Vorlegen eines Stickstoffbads zum vollständigen Eintauchen der Altbatterien verzichtet werden.
[0017] Der Bereich der Lavaldüse und der Bereich des zumindest einen Rückströmkanals weisen naturgemäß während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine große Temperaturdifferenz auf. Die vorliegende Erfindung ist daher gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dahingehend weitergebildet, dass die Lavaldüse und der zumindest eine Rückströmkanal durch eine Isolierschicht, bevorzugt eine Teflonschicht, voneinander getrennt sind. Auf diese Weise werden die sehr niedrigen Temperaturen im Bereich des Expanders von dem zumindest einen Rückströmkanal abgehalten, so dass Vereisung des zumindest einen Rückströmkanals möglichst vermieden werden können. Unter einem Isoliermaterial wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Schicht aus einem Material verstanden, das eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die höchstens 10%, bevorzugt höchstens 5% und besonders bevorzugt höchstens 1,5% der Wärmeleitfähigkeit des Materials beziehungsweise der Materialien für die Lavaldüse und den zumindest einen Rückströmkanal beträgt.
[0018] Bevorzugt weist der zumindest eine Rückströmkanal expanderseitig einen größeren Durchmesser als verdichterseitig auf. Hierbei dient der verdichterseitig geringere Durchmesser dazu, den Rückstrom aus dem Kühlbehälter von Stickstoff auf ein geeignetes Maß zu limitieren, während der expanderseitig größere Durchmesser wiederum der Verhinderung von Vereisungen des zumindest einen Rückströmkanals dient.
[0019] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Düsenvorrichtung mehrere axial verlaufende Rückströmkanäle auf, wobei bevorzugt die Rückströmkanäle kreisringförmig radial außerhalb der Lavaldüse angeordnet sind. Dies dient dazu, dass bei einem mengenmäßig relativ großen Rückfluss von Stickstoff durch die Rückströmkanäle in den Stickstoffbehälter der für eine effektive Kühlung notwendige Druck im Kühlbehälter aufgrund re-
x bes AT 528 242 B1 2026-01-15
Ss N
lativ geringer Durchmesser der Rückströmkanäle, insbesondere auf der Verdichterseite erreicht werden kann. Die bevorzugte Anordnung der Rückströmkanäle in einem Kreisring radial außerhalb der Lavaldüse ist insofern als vorteilhaft zu betrachten, als in diesem Fall die Düsenvorrichtung in eine relativ einfache Bohrung oder kreisrunde Ausnehmung des Kühlbehälters eingesetzt werden kann. Hierzu sind bevorzugt die Rückströmkanäle in einer ersten Hülse ausgebildet, in die die Lavaldüse eintaucht, wodurch insgesamt eine sehr kompakte Bauform der Düsenvorrichtung für die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aufarbeiten von Altbatterien erreicht wird.
[0020] In konstruktiver Hinsicht wird die Düsenvorrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bevorzugt dadurch gebildet, dass die erste Hülse aus einem expanderseitigen ersten Hülsenteil und einem verdichterseitigen zweiten Hülsenteil besteht, wobei der erste Hülsenteil und der zweite Hülsenteil bevorzugt miteinander verschraubt sind. Auf diese Weise ist es auch besonders leicht, den zumindest einen Rückströmkanal und insbesondere die Rückströmkanäle verdichterseitig und expanderseitig mit unterschiedlichen Durchmessern auszubilden, da in diesem Fall der erste und der zweite Hülsenteil einfach mit Bohrungen unterschiedlichen Durchmessers ausgeführt werden.
[0021] Aufgrund der oben erörterten Problematik der großen Temperaturdifferenzen zwischen der Lavaldüse und dem Bereich der Bohrungen der Düsenvorrichtung ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass die erste Hülse und die Lavaldüse durch eine radial dazwischen angeordnete zweite Hülse aus einem Isoliermaterial, bevorzugt aus Teflon, voneinander getrennt sind. Unter einem Isoliermaterial wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Schicht aus einem Material verstanden, das eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die höchstens 10%, bevorzugt höchstens 5% und besonders bevorzugt höchstens 1,5% der Wärmeleitfähigkeit des Materials beziehungsweise der Materialien für die LavaIdüse und den zumindest einen Rückströmkanal beträgt.
[0022] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In dieser zeigen Figur 1 eine perspektivische Darstellung der Düsenvorrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung von der Verdampferseite, Figur 2 eine Schnittdarstellung der Düsenvorrichtung und Figur 3 eine perspektivische Ansicht der Düsenvorrichtung von der Verdichterseite.
[0023] In Figur 1 ist die Düsenvorrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Die Düsenvorrichtung 1 besteht im Wesentlichen aus einer Lavaldüse 2, von der in Figur 1 jedoch nur die Expanderseite 2a sichtbar ist, sowie aus einer Mehrzahl von Rückströmkanälen 3, die die Lavaldüse 2 radial außerhalb kreisförmig umgeben. Die Rückströmkanäle 3 sind in einer ersten Hülse 4 ausgebildet, die aus einem expanderseitigen ersten Hülsenteil 4a und einem verdichterseitigen zweiten Hülsenteil 4b besteht. Die Rückströmkanäle 3 durchsetzen die Hülsenteile 4a und 4b vollständig und münden in eine Ringleitung 5 mit einer entsprechenden Ableitung 6. Die Düsenvorrichtung 1 kann in eine in den Figuren nicht dargestellte Bohrung oder Ausnehmung eines Kühlbehälters eingesetzt werden und es kann über die Lavaldüse 2 tiefkalter Stickstoff in den Kühlbehälter zugeführt werden. Es stellt sich in der Folge ein Gleichgewicht zwischen dem durch die Lavaldüse 2 beziehungsweise 2a zugeführten Stickstoff und dem über die Rückströmkanäle 3 abgeführten Stickstoff ein, sodass der Stickstoff, nachdem er in der Ringleitung 5 gesammelt wurde, über die Ableitung 6 wiederum in den Stickstofftank zurückgeführt werden kann.
[0024] In den nachfolgenden Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
[0025] In Figur 2 ist nun ersichtlich, dass sich die Lavaldüse 2 durch die gesamte Düsenvorrichtung 1 hindurch erstreckt und insbesondere einen Expanderteil beziehungsweise eine Expanderseite 2a und einen Verdichterteil beziehungsweise eine Verdichterseite 2b aufweist. Die Hülse 4 besteht aus den ersten und zweiten Hülsenteilen 4a und 4b und es ist ersichtlich, dass sich die Rückströmkanäle 3 vollständig durch diese Hülsenteile 4a und 4b hindurch erstrecken. Die Rückströmkanäle 3 weisen expanderseitig beziehungsweise im Hülsenteil 4a einen größeren Durchmesser auf als verdichterseitig beziehungsweise im Hülsenteil 4b. Die Hülsenteile 4a und 4b und die Lavaldüse 2 sind durch eine radial dazwischen angeordnete zweite Hülse 7 beziehungsweise
x bes AT 528 242 B1 2026-01-15
Ss N
Isolierhülse 7 aus Teflon voneinander getrennt. Bohrungen zur Aufnahme von Schrauben 8 sind mit Stopfen 9 aus Teflon oder einem anderen Isoliermaterial verschlossen, um auch hier Vereisungen zu verhindern und um die Isolierwirkung der zweiten Hülse 7 zu erhöhen. Ein Anschlussrohr für die Zufuhr von verdichtetem, gasförmigem Stickstoff ist mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet und mittels eines Gewindes 11 mit der Verdichterseite 2b der Lavaldüse 2 druckfest verbunden.
[0026] In Figur 3 ist schließlich die Verdichterseite der Düsenvorrichtung 1 zu sehen und es ist zu erkennen, dass die Rückströmkanäle 3 in die Ringleitung 5 münden, die wiederum in die Ableitung 6 führt. Die gesamte Düsenvorrichtung 1 kann in eine dem Umfang der Hülsen 4a und gegebenenfalls 45 angepasste Bohrung beziehungsweise Ausnehmung in einem Kühlbehälter für die zu verwertenden Altbatterien eingesetzt werden, um Stickstoff über das Anschlussrohr 10 zuzuführen und über die Rückströmkanäle 3 beziehungsweise die Ringleitung 5 und die Ableitung 6 abzuführen.

Claims (15)

x bes AT 528 242 B1 2026-01-15 Ss N Patentansprüche
1. Verfahren zum Aufarbeiten von Altbatterien, insbesondere von gebrauchten Lithium-lonenAkkumulatoren, zumindest umfassend die folgenden Schritte: - Tiefgefrieren der Altbatterien in einem Tiefkühlschritt bei Temperaturen zwischen -200°C und -100°C unter Zufuhr eines flüssigen und/oder gasförmigen Fluids, insbesondere unter Zufuhr von flüssigem und/oder gasförmigem Stickstoff und/oder CO>,, zu den Altbatterien - Zerkleinern der Altbatterien in tiefgefrorenem Zustand in einem Zerkleinerungsschritt - Verdampfen von Elektrolytflüssigkeit der Altbatterien in einem Trocknungsschritt und - Trennen und Sortieren der Teile der zerkleinerten Altbatterien in unterschiedliche Klassen in einem Trennschritt, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiefkühlschritt in einem Kühlbehälter erfolgt, in den während des Tiefkühlschritts flüssiger und/oder gasförmiger Stickstoff kontinuierlich zugeführt und aus dem gasförmiger Stickstoff kontinuierlich abgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der während des Tiefkühlschritts kontinuierlich aus dem Kühlbehälter abgeführte Stickstoff zumindest teilweise in einen Stickstoffbehälter zurückgeführt wird, aus welchem Stickstoffbehälter zumindest ein Teil des während des Tiefkühlschritts kontinuierlich in den Kühlbehälter zugeführten Stickstoffs entnommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstoff vor dem Zuführen in den Kühlbehälter verdichtet wird, wobei die Kompressionswärme der Verdichtung auf ein Kühlmittel übertragen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressionswärme dem Trocknungsschritt zugeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Trocknungsschritt unter Vakuum durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zerkleinerungsschritt inertisiert unter Stickstoff durchgeführt wird, wobei bevorzugt eine Zerkleinerungskammer zur Durchführung des Zerkleinerungsschritts zuerst evakuiert und dann mit Stickstoff befüllt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die für das Evakuieren aus der Zerkleinerungskammer abgezogene Luft als Steuerluft für einen Verdichter zum Verdichten des Stickstoffs vor dem Zuführen in den Kühlbehälter eingesetzt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der verdichtete Stickstoff gasförmig in eine Lavaldüse geleitet wird, die in den Kühlbehälter mündet, wobei die Lavaldüse dergestalt ausgebildet ist, dass der Stickstoff beim Übergang vom konvergenten in den divergenten Teil der Lavaldüse zumindest teilweise verflüssigt wird.
9. Vorrichtung zum Aufarbeiten von Altbatterien, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem Kühlbehälter zur Aufnahme von Altbatterien, wobei der Kühlbehälter eine Anschlussöffnung für eine Düsenvorrichtung (1) aufweist und eine Düsenvorrichtung (1) zum kontinuierlichen Zuführen von flüssigem und/oder gasförmigem Stickstoff in den Kühlbehälter und zum kontinuierlichen Abführen von gasförmigem Stickstoff aus dem Kühlbehälter in die Anschlussöffnung eingesetzt ist, wobei die Düsenanordnung (1) eine axial angeordnete Lavaldüse (2) mit einer konvergenten Verdichterseite (2b) und einer divergenten Expanderseite (2a) umfasst und zumindest ein von der Expanderseite (2a) zur Verdichterseite (2b) führender Rückströmkanal (3) neben der Lavaldüse (2) angeordnet ist.
x bes AT 528 242 B1 2026-01-15
Ss N
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lavaldüse (2) und der zumindest eine Rückströmkanal (3) durch eine Isolierschicht, bevorzugt eine Teflonschicht, voneinander getrennt sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Rückströmkanal (3) expanderseitig einen größeren Durchmesser als verdichterseitig aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenvorrichtung (1) mehrere axial verlaufende Rückströmkanäle (3) aufweist, wobei bevorzugt die Rückströmkanäle (3) kreisringförmig radial außerhalb der Lavaldüse (2) angeordnet sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückströmkanäle (3) in einer ersten Hülse (4) ausgebildet sind, in die die Lavaldüse (2) eintaucht.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hülse (4) aus einem expanderseitigen ersten Hülsenteil (4a) und einem verdichterseitigen zweiten Hülsenteil (4b) besteht, wobei der erste Hülsenteil (4a) und der zweite Hülsenteil (4b) bevorzugt miteinander verschraubt sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hülse (4) und die Lavaldüse (2) durch eine radial dazwischen angeordnete zweite Hülse (7) aus einem Isoliermaterial, bevorzugt aus Teflon, voneinander getrennt sind.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
ATA69/2024A 2024-05-13 2024-05-13 Verfahren zum Aufarbeiten von Altbatterien, insbesondere von gebrauchten Lithium-Ionen-Akkumulatoren AT528242B1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA69/2024A AT528242B1 (de) 2024-05-13 2024-05-13 Verfahren zum Aufarbeiten von Altbatterien, insbesondere von gebrauchten Lithium-Ionen-Akkumulatoren
PCT/AT2025/060193 WO2025236021A1 (de) 2024-05-13 2025-05-13 Verfahren zum aufarbeiten von altbatterien

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA69/2024A AT528242B1 (de) 2024-05-13 2024-05-13 Verfahren zum Aufarbeiten von Altbatterien, insbesondere von gebrauchten Lithium-Ionen-Akkumulatoren

Publications (2)

Publication Number Publication Date
AT528242A1 AT528242A1 (de) 2025-11-15
AT528242B1 true AT528242B1 (de) 2026-01-15

Family

ID=95821631

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ATA69/2024A AT528242B1 (de) 2024-05-13 2024-05-13 Verfahren zum Aufarbeiten von Altbatterien, insbesondere von gebrauchten Lithium-Ionen-Akkumulatoren

Country Status (2)

Country Link
AT (1) AT528242B1 (de)
WO (1) WO2025236021A1 (de)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4424825A1 (de) * 1994-07-14 1996-01-18 Gabler Ing Kontor Luebeck Verfahren zum Entsorgen von entladenen und geladenen elektrischen Feststoff-Batterien
DE102016120046A1 (de) * 2016-10-20 2018-04-26 Duesenfeld Gmbh Recycling-Verfahren zum Behandeln gebrauchter Batterien, insbesondere wieder aufladbarer Batterien und Batterie-Verarbeitungsanlage
CN108565523A (zh) * 2018-07-25 2018-09-21 贵州轻工职业技术学院 一种废旧锂离子电池电解液回收装置及方法
EP3641036B1 (de) * 2018-10-18 2023-08-02 BHS-Sonthofen GmbH Anlage zum recyceln gebrauchter batterien
CN111029677A (zh) * 2019-12-13 2020-04-17 深圳清华大学研究院 废旧带电软包锂离子电池破碎前失活处理方法
CN116581416A (zh) * 2023-05-23 2023-08-11 武汉动力电池再生技术有限公司 一种动力电池包无损原位低温冷拆解装置和方法
CN116531851B (zh) * 2023-07-06 2023-09-26 东莞市鹏锦机械科技有限公司 一种废旧锂电池电解液回收系统及工艺

Also Published As

Publication number Publication date
AT528242A1 (de) 2025-11-15
WO2025236021A1 (de) 2025-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3791962B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum zerkleinern von alkalimetallhaltigen stromspeichern
DE19938216A1 (de) Verflüssigungsverfahren
EP2557381A2 (de) Verfahren zum Verdichten von Boil-off-Gas
DE1961188A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Abtrennung von Kohlendioxyd von Kohlenwasserstoffen
AT528242B1 (de) Verfahren zum Aufarbeiten von Altbatterien, insbesondere von gebrauchten Lithium-Ionen-Akkumulatoren
EP2028171B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von flüssigem und/oder gasförmigem Methan
DE19600647A1 (de) Verfahren und Anlage zur Verwertung von Kabelmuffen mittels Tieftemperaturtechnik
EP3061098B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen wiederaufbereitung von abgas eines fusionsreaktors
WO2001014044A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von kohlendioxid aus abgasen
DE3933811A1 (de) Verfahren und anlage zur emissionsfreien rueckgewinnung von fluorkohlenwasserstoff aus polyurethanschaum
EP2997320A2 (de) Anlage zur verringerung eines kohlendioxidgehalts eines kohlendioxidhaltigen und kohlenwasserstoffreichen gasstroms und entsprechendes verfahren
DE3921054A1 (de) Verfahren zur herstellung von co(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)-granulat
DE2842899A1 (de) Dampfkreislauf
EP1056578B1 (de) Interne flüssiggaskühlung
EP4446680A2 (de) Verfahren und vorrichtung zum verflüssigen von gasen
DE3915400A1 (de) Entsorgung von fckw-haltigen schaeumen
DE102020208021A1 (de) Anlage zur Durchführung einer alkoholischen Gärung und Verfahren zur Aufbereitung von während eines alkoholischen Gärprozesses entstehendem Kohlendioxid
WO2020020929A1 (de) Verfahren sowie vorrichtung zum aufbereiten von zellsuspensionen
DE2736491A1 (de) Verfahren zum thermischen isolieren einer verfluessigungsanlage fuer tiefsiedende gase
DE4329476A1 (de) Verfahren und Anlage zur Verwertung von Kunststoff- und Elektronikrückständen
DE102021117030B4 (de) Gasgemisch-Zerlegungsanlage sowie Verfahren zum Abtrennen von wenigstens einem Hauptfluid aus einem Gasgemisch
EP4246070A1 (de) Gasverflüssigungsverfahren und gasverflüssigungsanlage
DE102004053239A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von festen Partikeln aus Flüssigkeiten, insbesondere aus flüssigem Kohlendioxid
DE69605895T2 (de) Verfahren und einrichtung zum entfernen von obst- und gemüseschalen durch dampfexplosion
EP3710134B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur reinigung oder zerlegung und kühlung eines gasgemischs