Determination of Essential Metals and Trace Elements in Black Mass using ICPE-9820
Aplikace | 2024 | ShimadzuInstrumentace
Recyklace lithio-iontových baterií (LiB) je klíčová pro udržitelnou výrobu a omezení negativních dopadů těžby strategických kovů. Analýza tzv. black mass, směsi granulovaných kovů, grafitu a elektrolytu, umožňuje efektivní zpětné získání cenných prvků a optimalizaci recyklačního procesu.
Cílem studie bylo vyvinout a ověřit metodu simultánní kvantifikace esenciálních kovů (Li, Co, Ni, Mn aj.) a stopových prvků v black mass pomocí simultánního ICP-AES přístroje Shimadzu ICPE-9820. Metoda byla navržena pro vysokou přesnost, široké lineární rozsahy a nízké provozní náklady.
Vzorek black mass byl rozemlet a zhruba 100 mg vzorku podroben mikrovlnné digesci v prostředí aqua regia (3,75 mL HCl + 1,25 mL HNO3) podle programu dvoustupňového ohřevu (240 °C, 1800 W, 25 min ramp + 40 min držení). Po ochlazení a doplnění na objem 50 mL se směs filtrace přes 0,45 µm PTFE filtr a ředění 1:10. Kalibrace probíhala ze standardních roztoků prvků s yttriem jako interním standardem.
Kalibrační křivky všech cílových prvků vykázaly vynikající linearitu (R>0,9999 kromě Na ~0,9992). IDL a LOQ se pohybovaly v řádu desetin mg/L až mikrogramů na litr. Kvantitativní analýza ukázala, že Al, Co, Li, Mn, Ni se v black mass vyskytují v koncentracích >1 wt %, ostatní prvky na úrovni mg/kg. Test spike recovery potvrdil nízký vliv matrice s obnovami 93–112 %.
Studie prokázala, že ICPE-9820 je schopný spolehlivě a ekonomicky analyzovat široké spektrum prvků v black mass, čímž přispívá k efektivní recyklaci LiB a snižování ekologické zátěže těžby.
GD/MP/ICP-AES
ZaměřeníPrůmysl a chemie
VýrobceShimadzu
Souhrn
Význam tématu
Recyklace lithio-iontových baterií (LiB) je klíčová pro udržitelnou výrobu a omezení negativních dopadů těžby strategických kovů. Analýza tzv. black mass, směsi granulovaných kovů, grafitu a elektrolytu, umožňuje efektivní zpětné získání cenných prvků a optimalizaci recyklačního procesu.
Cíle a přehled studie
Cílem studie bylo vyvinout a ověřit metodu simultánní kvantifikace esenciálních kovů (Li, Co, Ni, Mn aj.) a stopových prvků v black mass pomocí simultánního ICP-AES přístroje Shimadzu ICPE-9820. Metoda byla navržena pro vysokou přesnost, široké lineární rozsahy a nízké provozní náklady.
Použitá metodika a instrumentace
Vzorek black mass byl rozemlet a zhruba 100 mg vzorku podroben mikrovlnné digesci v prostředí aqua regia (3,75 mL HCl + 1,25 mL HNO3) podle programu dvoustupňového ohřevu (240 °C, 1800 W, 25 min ramp + 40 min držení). Po ochlazení a doplnění na objem 50 mL se směs filtrace přes 0,45 µm PTFE filtr a ředění 1:10. Kalibrace probíhala ze standardních roztoků prvků s yttriem jako interním standardem.
Instrumentální podmínky
- Přístroj: Shimadzu ICPE-9820
- Radiofrekvenční výkon: 1,2 kW
- Plazmový plyn: 10,0 L/min, pomocný plyn: 0,60 L/min, nosný plyn: 0,70 L/min
- Nebulizér a cyklonová sprchovací komora, mini hořák
- Simultánní pozorování: axiální a radiální
Hlavní výsledky a diskuse
Kalibrační křivky všech cílových prvků vykázaly vynikající linearitu (R>0,9999 kromě Na ~0,9992). IDL a LOQ se pohybovaly v řádu desetin mg/L až mikrogramů na litr. Kvantitativní analýza ukázala, že Al, Co, Li, Mn, Ni se v black mass vyskytují v koncentracích >1 wt %, ostatní prvky na úrovni mg/kg. Test spike recovery potvrdil nízký vliv matrice s obnovami 93–112 %.
Přínosy a praktické využití metody
- Simultánní detekce stopových a makroprvků zkracuje dobu analýzy.
- Mini hořák snižuje spotřebu argonu a provozní náklady.
- Vysoká citlivost a odolnost vůči matrici zajišťují spolehlivé výsledky.
Budoucí trendy a možnosti využití
- Automatizace přípravy vzorků a integrace do linky recyklace pro on-line monitoring.
- Rozšíření metody na další recyklační matrice (elektronický odpad, kobaltné sloučeniny apod.).
- Speciační analýza kovových forem a propojení s procesními kontrolami.
Závěr
Studie prokázala, že ICPE-9820 je schopný spolehlivě a ekonomicky analyzovat široké spektrum prvků v black mass, čímž přispívá k efektivní recyklaci LiB a snižování ekologické zátěže těžby.
Použitá instrumentace
- ICP-AES spectrometr Shimadzu ICPE-9820 s mini hořákem
- Microwave digester pro vzorek
- Nebulizér a cyklonová sprchovací komora
Reference
- Kim T., Song W., Son D.-Y., Ono L. K., Qi Y. Lithium-ion batteries: outlook on present, future, and hybridized technologies. J. Mater. Chem. A. 7(7):2942–2964 (2019).
- Directive 2006/66/EC of the European Parliament and of the Council on batteries and accumulators and waste batteries and accumulators. Official Journal of the European Union L 266:1–14 (2006).
- Nóbrega J. A., Carnaroglio D., Volpi M., Rota G. Tackling sample preparation for elemental analysis in the lithium-ion battery industry. Milestone Srl (2023).
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Determination of Metals in Recycled Li-ion Battery Samples by ICP-OES
2023|Agilent Technologies|Aplikace
Application Note Energy and Chemicals Determination of Metals in Recycled Li-ion Battery Samples by ICP-OES Quantifying 18 metals in “black mass” battery materials using the Agilent 5800 ICP-OES Author Introduction Shuping Li Lithium-ion batteries (LIBs) have been the power source…
Klíčová slova
fitted, fittedaxial, axialblack, blackradial, radialelements, elementsspike, spikelib, libfbc, fbcbattery, batterybackground, backgroundcorrection, correctionwaste, wastemeasured, measuredrecycling, recyclingsamples
Analysis of Black Mass Using ICPE-9800 for Enhancing Accuracy of EDX-7200 Results
2024|Shimadzu|Aplikace
Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometer ICPE-9800 Series Energy Dispersive X-Ray Fluorescence Spectrometer EDX-7200 Application News Analysis of Black Mass Using ICPE-9800 for Enhancing Accuracy of EDX-7200 Results Alexander Nellessen Shimadzu Europa GmbH User Benefits ICPE-9800 Series allows in-depth…
Klíčová slova
avg, avgaxial, axialrsd, rsdmeasurement, measurementblack, blackaverage, averageradial, radialsample, sampleoes, oesweaknesses, weaknessesflowrate, flowratetriplicates, triplicatesicp, icpstrengths, strengthsstandard
Analysis of Elemental Impurities in Anode Materials for Lithium-Ion Secondary Batteries Using the ICPE- 9820
2024|Shimadzu|Aplikace
Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometer ICPE™-9800 Series Application News Analysis of Elemental Impurities in Anode Materials for Lithium-Ion Secondary Batteries Using the ICPE9820 Kosuke Naka User Benefits Elemental impurities in the anode materials of lithium-ion secondary batteries can…
Klíčová slova
axial, axialradial, radialgraphite, graphiteview, viewspike, spikeelemental, elementalblank, blankimpurities, impuritieschecking, checkingelements, elementslithium, lithiumquantitative, quantitativecalibration, calibrationwavelength, wavelengthnews
Determination of Elemental Composition of Animal Feed by ICP-OES According to EN 15621
2021|Shimadzu|Aplikace
Simultaneous ICP Atomic Emission Spectrometer ICPETM-9820 Application News Determination of Elemental Composition of Animal Feed by ICP-OES According to EN 15621 Raymond Li , Joyce Lim, Zhaoqi Zhan User Benefits ◆ Simultaneous analysis over a wide range of concentrations from…
Klíčová slova
axial, axialfeed, feedanimal, animalradial, radialelement, elementmdl, mdlnews, newscomposition, compositionwere, wereelemental, elementalview, viewrecovery, recoverytorch, torchcalibration, calibrationmdlc