Le recyclage des batteries lithium-ion usagées est un défi de taille. Récupérer du lithium de qualité suffisante pour être réutilisé est complexe et coûteux. La plupart des procédés de recyclage visent à extraire le lithium des cathodes (où se trouve la majeure partie du lithium des batteries déchargées).
Cependant, il précipite alors avec les autres métaux présents dans la cathode et doit être séparé laborieusement.
L’extraction à partir des anodes, composées principalement de graphite, est nettement plus efficace et peut être réalisée sans décharger la batterie au préalable.
En raison de leur grande réactivité, le risque d’incendies et d’explosions est toutefois élevé si les anodes sont lessivées avec des solutions aqueuses, comme c’est habituellement le cas. Ces réactions libèrent beaucoup d’énergie et peuvent produire de l’hydrogène.
Une équipe de chercheurs chinois* a maintenant mis au point une méthode alternative qui évite ces problèmes. Au lieu d’eau, ils utilisent des solutions organiques aprotiques (cad : ne contient pas de protons, donc d’ions hydrogène H+) pour récupérer le lithium des anodes. Les substances aprotiques ne peuvent pas libérer d’ions hydrogène, donc aucun gaz hydrogène ne peut se former.
Les solutions sont constituées d’un hydrocarbure aromatique polycyclique (HAP) et d’un éther comme solvant. Certains HAP peuvent capter un ion lithium chargé positivement du graphite de l’anode ainsi qu’un électron. Dans des conditions douces, cette réaction d’oxydoréduction est contrôlée et très efficace. Avec le HAP pyrène dans du tétraéthylène glycol diméthyl éther, il a été possible de dissoudre presque complètement le lithium actif des anodes.
Un avantage supplémentaire est que les solutions lithium-HAP résultantes peuvent être utilisées directement comme réactifs, par exemple pour ajouter du lithium à de nouvelles anodes en prétraitement ou pour régénérer des cathodes épuisées. Le système HAP/solvant peut être adapté pour optimiser le traitement du matériau.
Ce procédé de récupération est efficace et peu coûteux, réduit les risques de sécurité, évite les déchets et ouvre de nouvelles perspectives pour le recyclage durable des batteries lithium-ion.
En synthèse
Le recyclage des batteries lithium-ion est un enjeu majeur pour l’avenir. La nouvelle méthode développée par des chercheurs chinois, utilisant des solutions organiques aprotiques, permet d’extraire efficacement et en toute sécurité le lithium des anodes. Ce procédé ouvre des perspectives prometteuses pour le recyclage durable de ces batteries, indispensable à la transition énergétique.
Pour une meilleure compréhension
Pourquoi le recyclage des batteries lithium-ion est-il si complexe ?
Principalement à cause de la difficulté à récupérer du lithium de qualité suffisante pour être réutilisé, et à le séparer des autres métaux.
Quels sont les risques de l’extraction du lithium des anodes par des solutions aqueuses ?
Des réactions très énergétiques avec risque d’incendies, d’explosions et de production d’hydrogène.
En quoi la nouvelle méthode est-elle innovante ?
Elle utilise des solutions organiques aprotiques au lieu d’eau pour extraire le lithium des anodes, évitant ainsi les risques.
Quels sont les avantages de cette nouvelle méthode ?
Efficacité, faible coût, sécurité, évitement des déchets, et les solutions obtenues sont directement réutilisables.
* Equipe dirigée par Yu-Guo Guo et Qinghai Meng de l’Institute of Chemistry of the Chinese Academy of Sciences (ICCAS) et de l’University of Chinese Academy of Sciences (UCAS)
Article : « Potential Controllable Redox Couple for Mild and Efficient Lithium Recovery from Spent Batteries » – DOI: 10.1002/anie.202310435
