Une solution plus verte alimente une nouvelle méthode de recyclage des batteries lithium-ion


Les batteries lithium-ion usagées provenant de téléphones portables, d’ordinateurs portables et d’un nombre croissant de véhicules électriques s’accumulent, mais les options de recyclage restent principalement limitées à la combustion ou à la dissolution chimique des batteries déchiquetées. Les méthodes de pointe actuelles peuvent poser des défis environnementaux et être difficiles à rentabiliser à l’échelle industrielle.

Le processus conventionnel récupère peu de matériaux de la batterie et repose sur des acides caustiques et inorganiques et des produits chimiques dangereux qui peuvent introduire des impuretés. Cela nécessite également une séparation et une précipitation compliquées pour récupérer les métaux critiques. Cependant, la récupération de métaux tels que le cobalt et le lithium pourrait réduire à la fois la pollution et la dépendance à l’égard de sources étrangères et l’étouffement des chaînes d’approvisionnement.

Les chercheurs du laboratoire national d’Oak Ridge du ministère de l’Énergie ont amélioré les approches consistant à dissoudre la batterie dans une solution liquide afin de réduire la quantité de produits chimiques dangereux utilisés dans le processus.

Cette solution simple, efficace et respectueuse de l’environnement développée par les chercheurs de l’ORNL permet de surmonter les principaux obstacles présentés par les approches précédentes.

La batterie usagée est trempée dans une solution d’acide citrique organique – naturellement présent dans les agrumes – dissoute dans de l’éthylène glycol, un agent antigel couramment utilisé dans les produits de consommation comme la peinture et le maquillage. L’acide citrique provient de sources durables et est beaucoup plus sûr à manipuler que les acides inorganiques. Cette solution verte a produit un processus de séparation et de récupération étonnamment efficace pour les métaux de l’électrode chargée positivement de la batterie, appelée cathode.

« Parce que la cathode contient les matériaux critiques, c’est la partie la plus chère de toute batterie, contribuant à plus de 30 % du coût », a déclaré Yaocai Bai, membre de l’équipe de recherche sur les batteries ORNL. « Notre approche pourrait réduire le coût des batteries au fil du temps. » La recherche a été menée dans l’usine de fabrication de batteries de l’ORNL, le plus grand centre de recherche et de développement de fabrication de batteries en libre accès du pays.

La technique de recyclage qui y a été développée a permis de lessiver près de 100 % du cobalt et du lithium de la cathode sans introduire d’impuretés dans le système. Cela a également permis une séparation efficace de la solution métallique des autres résidus. Plus important encore, il remplissait une deuxième fonction en récupérant plus de 96 % du cobalt en quelques heures, sans l’ajout habituel de produits chimiques supplémentaires dans ce qui est généralement un processus délicat d’équilibrage manuel des niveaux d’acide.

« C’est la première fois qu’un système de solution couvre à la fois les fonctions de lixiviation et de récupération », a déclaré le chercheur principal Lu Yu. « C’était passionnant de constater que le cobalt précipiterait et se déposerait sans autre interférence. Nous ne nous attendions pas à cela. »

L’élimination du besoin de produits chimiques supplémentaires réduit les coûts et évite la création de sous-produits ou de déchets secondaires. « Nous sommes heureux que ce processus de recyclage développé par nos scientifiques puisse ouvrir la voie à une meilleure récupération des matériaux critiques pour les batteries », a déclaré Ilias Belharouak, chercheur en entreprise et chef de la section électrification de l’ORNL.

Les performances de lixiviation de l’acide citrique et de l’éthylène glycol ont déjà été explorées, mais cette approche utilisait plus d’acide et une température plus basse, ce qui s’est avéré moins efficace, a déclaré Bai.

« Nous avons été surpris par la rapidité avec laquelle la lixiviation s’est produite dans notre solution », a déclaré Bai. « Avec un acide organique, cela prend généralement 10 à 12 heures, mais cela n’en a pris qu’une seule. » Les solutions conventionnelles utilisant de l’acide inorganique sont également plus lentes car elles contiennent de l’eau, dont le point d’ébullition limite la température de la réaction.

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