Face à l’accumulation croissante de batteries lithium-ion usagées provenant de téléphones portables, d’ordinateurs portables et d’un nombre croissant de véhicules électriques, une solution de recyclage plus respectueuse de l’environnement et plus efficace a été mise au point par des chercheurs du Département de l’énergie des États-Unis (ORNL).
Les options de recyclage des batteries lithium-ion restent principalement limitées à l’incinération ou à la dissolution chimique des batteries broyées. Les méthodes 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 inorganiques caustiques et des produits chimiques dangereux qui peuvent introduire des impuretés. Il nécessite également une séparation et une précipitation complexes pour récupérer les métaux critiques. La récupération de métaux comme le cobalt et le lithium pourrait toutefois réduire à la fois la pollution et la dépendance à l’égard des sources étrangères et des chaînes d’approvisionnement engorgées.
Une nouvelle approche pour le recyclage des batteries
Les chercheurs de l’ORNL ( Laboratoire national d’Oak Ridge ) ont amélioré les approches qui dissolvent 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 surmonte les principaux obstacles présentés par les approches précédentes.
La batterie usagée est trempée dans une solution d’acide citrique organique – qui se trouve naturellement dans les agrumes – dissoute dans de l’éthylène glycol, un agent antigel couramment utilisé dans des 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 des métaux de l’électrode positivement chargée de la batterie, appelée cathode, remarquablement efficace.
Des résultats prometteurs
« Comme la cathode contient les matériaux critiques, c’est la partie la plus coûteuse de toute batterie, contribuant à plus de 30% du coût », a indiqué Yaocai Bai, membre de l’équipe de recherche sur les batteries de l’ORNL. « Notre approche pourrait réduire le coût des batteries avec le temps. »
La recherche a été menée dans l’installation 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 développée là-bas a permis d’extraire près de 100% du cobalt et du lithium de la cathode sans introduire d’impuretés dans le système. Elle a également permis une séparation efficace de la solution métallique des autres résidus. Plus important encore, elle a servi une deuxième fonction en récupérant plus de 96% du cobalt en quelques heures, sans l’ajout typique de plus de produits chimiques dans ce qui est généralement un processus délicat d’équilibrage manuel des niveaux d’acide.
En synthèse
En éliminant le besoin de produits chimiques supplémentaires, cette nouvelle méthode de recyclage des batteries lithium-ion réduit les coûts et évite de créer des sous-produits ou des déchets secondaires.
« Nous sommes heureux que ce processus de recyclage développé par nos scientifiques puisse ouvrir la voie à une plus grande récupération des matériaux critiques des batteries », a commenté Ilias Belharouak, membre éminent de l’entreprise et chef de la section d’électrification de l’ORNL.
« La performance de lixiviation de l’acide citrique et de l’éthylène glycol a été explorée auparavant, mais cette approche utilisait plus d’acide et une température plus basse, ce qui s’est avéré moins efficace » , a dit en substance Yaocai Bai avant de conclure : « Nous avons été surpris par la rapidité de la lixiviation dans notre solution. Avec un acide organique, cela prend généralement 10-12 heures, mais cela n’a pris qu’une heure. »
En définitive, les solutions conventionnelles utilisant de l’acide inorganique sont également plus lentes car elles incluent de l’eau, qui a un point d’ébullition qui limite la température de la réaction.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que le recyclage des batteries lithium-ion ?
Le recyclage des batteries lithium-ion est le processus par lequel les matériaux précieux contenus dans ces batteries sont récupérés pour être réutilisés, plutôt que d’être jetés. Cela comprend des métaux comme le cobalt et le lithium.
Quels sont les problèmes avec les méthodes de recyclage actuelles ?
Les méthodes actuelles de recyclage des batteries lithium-ion peuvent poser des défis environnementaux et être difficiles à rentabiliser à l’échelle industrielle. De plus, elles ne récupèrent qu’une petite partie des matériaux de la batterie et peuvent introduire des impuretés.
Quelle est la nouvelle approche développée par l’ORNL ?
L’ORNL a développé une nouvelle approche qui utilise une solution d’acide citrique organique et d’éthylène glycol pour dissoudre la batterie. Cette méthode est plus respectueuse de l’environnement, plus efficace et pourrait réduire le coût des batteries avec le temps.
Quels sont les avantages de cette nouvelle méthode ?
Cette nouvelle méthode permet d’extraire près de 100% du cobalt et du lithium de la cathode sans introduire d’impuretés dans le système. Elle permet également une séparation efficace de la solution métallique des autres résidus et récupère plus de 96% du cobalt en quelques heures.
Qu’est-ce que cela signifie pour l’avenir du recyclage des batteries ?
Cette nouvelle méthode pourrait ouvrir la voie à une plus grande récupération des matériaux critiques des batteries, réduire les coûts et éviter de créer des sous-produits ou des déchets secondaires. Cela pourrait également réduire la dépendance à l’égard des sources étrangères et des chaînes d’approvisionnement engorgées.
Principaux enseignements
| Enseignements |
|---|
| Le recyclage des batteries lithium-ion est un enjeu majeur. |
| Les méthodes actuelles de recyclage posent des défis environnementaux et économiques. |
| L’ORNL a développé une nouvelle méthode de recyclage plus respectueuse de l’environnement et plus efficace. |
| Cette méthode utilise une solution d’acide citrique organique et d’éthylène glycol. |
| Elle permet d’extraire près de 100% du cobalt et du lithium de la cathode. |
| Elle permet également une séparation efficace de la solution métallique des autres résidus. |
| Plus de 96% du cobalt est récupéré en quelques heures. |
| Cette méthode pourrait réduire le coût des batteries avec le temps. |
| Elle pourrait également réduire la dépendance à l’égard des sources étrangères et des chaînes d’approvisionnement engorgées. |
| Cette nouvelle méthode pourrait ouvrir la voie à une plus grande récupération des matériaux critiques des batteries. |
Références
Légende illustration principale : Lu Yu et Yaocai Bai, chercheurs à l’ORNL, examinent des flacons contenant une solution chimique qui sépare le cobalt et le lithium d’une batterie usagée, suivie d’une deuxième étape au cours de laquelle le cobalt précipite dans le fond. Crédit : Carlos Jones/ORNL, U.S. Dept. of Energy
Les informations contenues dans cet article proviennent de recherches menées par le Laboratoire national d’Oak Ridge du Département de l’énergie des États-Unis (ORNL).
Article : « Efficient separation and coprecipitation for simplified cathode recycling » – DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103025
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