Nickel-copper foam electrodes with pore gradient micro framework and nano-ramified wall have been prepared by using an electrochemical deposition process. Growth habit of nickel-copper co-deposits was quite different from that of pure nickel deposit. In particular, the ramified structure of the individual particles was getting clear with chloride ion content in the electrolyte. The ratio of nickel to copper in the deposits decreased with the distance away from the substrate and the more chloride ions in the electrolyte led to the more nickel content throughout the deposits. Compositional analysis for the cross section of a ramified branch, together with tactical selective copper etching, proved that the copper content increased with approaching central region of the cross section. Such a composition gradient actually disappeared after heat treatment. It is anticipated that the pore gradient nickel-copper nanostructured foams presented in this work might be a promising option for the high-performance electrode in functional electrochemical devices.
Moon, Hyun Seung;Song, Si Jeong;Tran, Thanh Tuan;Lee, Man Seung
Resources Recycling
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v.30
no.6
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pp.36-42
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2021
Spent lithium-ion batteries are treated by reduction-smelting at high temperatures to recover valuable metals. Solvent extraction and precipitation of the HCl leaching solution of reduction-smelted metallic alloys resulted in a filtrate containing Ni(II) and a small amount of Si(IV). Adsorption and precipitation experiments were conducted to recover pure Ni(II) compounds from the filtrate. Si(IV) was selectively loaded onto polyacrylamide, but this method did not efficiently filter the solution due to an increase in viscosity. The addition of Na2CO3 as a precipitant to the filtrate led to the simultaneous precipitation of Ni(II) and Si(IV). However, it was possible to recover nickel oxalate with a purity higher than 99.99% by selectively precipitating Ni(II) with the addition of Na2C2O4 as a precipitant.
The objective of this article is to summarize the commercial lithium ion battery (LIB) recycling processes in Korea and to suggest new direction for LIB recycling. A representative LIB recycler, SungEel Hitech Co. has successfully operated the LIB recycling process for over 10 years, and new recycling processes were recently proposed or developed by many recycling companies and battery manufacturers. In the new recycling processes, lithium is recovered before nickel and cobalt due to the rapid rise in lithium prices, and metal sulfate solution as final product of recycling process can be supplied to manufacturers. The main problem that the new recycling process will face is impurities, which will mainly come from end-of-life electric vehicles or new additives in LIB, although the conventional processes must be improved for mass processing.
Nickel plating thickness increased with the electric current density, and the augmentation was more thick in $6{\sim}10A/dm^2$ than low current. Hull-cell analysis was tested to evaluate the current density. Optimum thickness was obtained at a temperature of $60^{\circ}C$, and the pH fluctuation of 3.5~4.0. Over the Nickel ion concentration of 300 g/L, plating thickness increased with the current density. The rate of decrease in nickel ion concentration was increased with the current density. The quantity of plating electro-deposition was increased at the anode surface, which was correlated with the increase of plating thickness. The plating thickness was increased because of the quick plating speed. However, the condition of the plating surface becomes irregular and the minuteness of nickel plating layer was reduced with the plating rate. After the corrosion test of 25 h, it was resulted in that maintaining low electric current density is desirable for the excellent corrosion resistance in lustered nickel plating. According to the program simulation, the thickness of diffusion layer was increased and the concentration of anode surface was lowered for the higher current densities. The concentration profile showed the regular distribution at low electric current density. The field plating process was controlled by the electric current density and the plating thickness instead of plating time for the productivity. The surface physical property of plating structure or corrosion resistance was excellent in the case of low electric current density.
일반적으로, 전도성 고분자는 금속에 준하는 전기 전도도와 다공성을 이용한 전해질 이온 및 생채 고분자의 물리, 화학적 도우핑 능력을 장점으로 한다. 따라서, 이 분야의 최근 연구동향도 이온 도우핑에 의한 전도성 고분자의 전기 전도도 향상에 초점이 맞추어져 있으며, 이미 다수의 연구진에 의행 여러 가지 방법이 제시되었다. 본 논문은 전기 화학적 cementation 공정을 이용하여 금속 이온을 전도성 고분자에 도우핑하고 특성을 고찰하였다. 전도성 고분자로써 polypyrrole (PPy)을 사용하고, micropaticles (구리와 니켈 이온)를 도펀트 (dopant)로 하여 -1.5 V ${\sim}$ 2V의 범위에서 순환 전압 전류법 (Cyclic voltammetry)을 이용해 organic-inorganic complex를 제작하였고, 각각의 전극을 비교, 분석 하였다. 구리 이온을 도우핑한 PPy 필름은 전기 전도도가 매우 우수하나 대기 중 공기 및 수분에 의해 쉽게 산화되므로 life-time이 짧다. 이를 보완하기 위하여 상대적으로 안정한 니켈 이온을 도우핑한 PPy 필름의 전기 화학적 특성을 고찰하였다. 전극의 표면은 SEM (Scanning Electron Microscopy), EDX (Energy Dispersive X-ray spectroscopy)를 이용하여 분석하였다.
A Study on the cementation for the recovery of Cu, Ni and Co with Mn metallic powders in leaching solution from the manganese nodule that have removed Fe ions was studied. The results showed that the recovery efficiencies of metal ions with Mn powders increased when the temperature, pH and the concentration of chloride ions were increased in mixed solution. And the recovery efficiencies of Cu was 98% and not changed with the addition amounts of Mn powders but, in case of Co and Ni, the recovery efficiencies were increased with the addition amounts. The particle size of precipitate was about $5\mu\textrm{m}$. From the results of experiment we proposed the two-step cementation process for the recovery of Cu, Ni and Co with Mn powders.
In 10M chloride (4M HCl + 6M LiCl) solution, cobalt, but not nickel, formed complex anion (${CoCl_3}^-$), and this anion was extracted by a liquid anion exchanger with Amberlite LA-2. The ion exchange capacity was 2.175meq of cobalt complex per unit ml of Amberlite LA-2. Upon eluting the resin with 0.4M nitric acid, the cobalt complex was stripped and transfered into eluate quantitatively. By using this separation method in the chloride solution dissolved with 50mg of cobalt (II) and 500mg of nikel(II), recovery of cobalt were 99.6 percent.
Continuous column adsorption experiments have been conducted fur artificial and actual wastewater which containing $Ni^{2+}$ by using manganese nodule as an adsorbent for the purpose of wastewater treatment along with an increased $Ni^{2+}$ recovery in the refining of manganese nodule. The adsorption features of $Ni^{2+}$ artificial wastewater were examined by taking the height of fixed bed, influent flow rate, and the initial concentration of adsorbate as the influential parameters. The adsorption capacity of manganese nodule and the rate constant for $Ni^{2+}$ adsorption were estimated employing Bohart-Adams equation. In addition, the variation of the adsorbed amount of adsorbate for each column according to the influent flow rate and the initial concentration of adsorbate was investigated based on the breakthrough curves fur each column. For serially connected columns, the adsorbed amount of $Ni^{2+}$ for each column was observed to increase gradually as the adsorption proceeded from the initial column to the final column. The variation of the breakthrough curve for actual wastewater with the height of fixed bed was not so significant as that for artificial wastewater, which was considered to be due to the high concentration of $Ni^{2+}$ in actual wastewater. Regarding the effect of the particle size of manganese nodule on adsorption, the adsorbed amount of adsorbate was found to somewhat increase as the particle size became smaller.
$CO_2$ methanation was performed over Ni supported on cation-exchanged Y zeolites under atmospheric pressure at $250{\sim}550^{\circ}C$ and $H_2/CO_2$ mole ratio of 4. Adsorption strength between carbon dioxide and nickel was found to be Influenced by the cation exchanged in the zeolite. TPD(Temperature-programmed desorption) results show that the adsorption strength decreases in the order of Ni/NaY>Ni/MaY>Ni/HY. TPSR(Temperature-programmed surface reaction) results indicate that enhanced methanation activity is obtained when the adsorption strength between carbon dioxide and nickel is stroing. As the reduction temperature increases, the methantion activity of the catalyst increase. From this result the larger size nickel particle seems advantageous for $CO_2$ methanation reaction. The maximum activity is obtained when nickel loading is 3.3wt%. Carbon monoxide is produced as a by-product throughout the reaction temperature range, and as the contact time increases, the selectivity to methane increases and the selectivity to carbon monoxide decreases steadily. Thus methane seems to be produced from $CO_2$ via CO as an intermediate species. In the temperature range of $410{\sim}450^{\circ}C$, the methane production rate is found to be dependent on the orders of 3.3~-0.5 and 1.4~3.6 with respect to $CO_2$ and $H_2$ partial pressures, respectively. This clearly shows that $CO_2$ and $H_2$ are competing for adsorption sites and as the reaction temperature increases, it becomes increasingly difficult for $H_2$ to be adsorbed on the catalyst surface.
Cementation and solvent extraction processes were studied to separate nickel and iron ions from the $H_2SO_4$ leaching solution with 47 g/L $Fe(Fe^{2+}/Fe^{3+}=1.03),$, 23.5 g/L Ni and 0.90M $H_2SO_4$ which leached from Fe-Ni alloy. Iron powder was used as a reducing agent for the cementation of Ni ion from the leaching solution. The reduction percentage of Ni ion was $17{\sim}20%$ by adding 4 times stoichiometric amount of iron powder at $60{\sim}80$. This may result from the fact that the cementation of Ni ion occurred after the reduction of $Fe^{3+}$ to $Fe^{2+}$ and the neutralization of $H_2SO_4$ with iron powder. The cementation process was proved to be unfeasible for the separation/recovery of Ni ion from the leaching solution including $Fe^{3+}$ as a major component. $Fe^{2+}$ present in the leaching solution was converted to $Fe^{3+}$ for solvent extraction of Fe ion using D2EHPA in kerosene as a extractant. The oxidation of $Fe^{2+}$ to $Fe^{3+}$ was completed by the addition of 1.2 times stoichiometric amount of 35% $H_2SO_4$. 99.6% $Fe^{3+}$ was extracted from the leaching solution (23.5 g/L $Fe^{3+}$) by 4 stages cross-current extraction using 20 vol.% D2EHPA in kerosene. $NiSO_4$ solution with 98.5% purity was recovered from the $H_2SO_4$ leaching solution of scrapped Fe-Ni alloy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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