Des nano-ingénieurs de l'Université de Californie à San Diego ont mis au point un processus de recyclage écoénergétique qui restaure les cathodes usagées des batteries lithium-ion usagées et les fait fonctionner comme neuves. Le processus consiste à récolter les particules cathodiques dégradées d'une batterie usagée, puis à les faire bouillir et à les traiter thermiquement. Les chercheurs ont construit de nouvelles batteries en utilisant les cathodes régénérées. Capacité de stockage de charge, le temps de charge et la durée de vie de la batterie ont tous été restaurés à leurs niveaux d'origine.

Ce travail présente une solution à une préoccupation environnementale concernant les batteries lithium-ion :que faire de celles-ci lorsqu'elles s'usent. Moins de cinq pour cent des batteries lithium-ion usagées sont aujourd'hui recyclées.

"Pensez aux millions de tonnes de déchets de batteries lithium-ion à l'avenir, surtout avec l'essor des véhicules électriques, et l'épuisement de ressources précieuses comme le lithium et le cobalt - l'exploitation d'une plus grande partie de ces ressources contaminera notre eau et nos sols. Si nous pouvons récolter et réutiliser durablement les matériaux des vieilles batteries, nous pouvons potentiellement prévenir des dommages environnementaux et des déchets aussi importants, " dit Zheng Chen, professeur de nano-ingénierie à l'UC San Diego.

Chen, qui est affilié au Sustainable Power and Energy Center de l'UC San Diego, affirme que ce travail pourrait également résoudre les problèmes économiques liés aux déchets de batteries. "Le prix du lithium, cobalt et nickel a considérablement augmenté. La récupération de ces matériaux coûteux pourrait réduire les coûts des batteries, " il a dit.

La nouvelle méthode de recyclage, publié récemment dans Chimie verte , peut être utilisé pour récupérer et restaurer un matériau de cathode de batterie lithium-ion appelé oxyde de lithium cobalt, qui est largement utilisé dans les appareils électroniques grand public, y compris les smartphones et les ordinateurs portables. La méthode fonctionne également sur NMC, une cathode au lithium populaire contenant du nickel, manganèse et cobalt, qui est utilisé dans la plupart des véhicules électriques.

Le procédé consiste d'abord à collecter les particules cathodiques des batteries lithium-ion usagées. Les chercheurs pressurisent ensuite les particules cathodiques dans un alcalin, solution contenant du sel de lithium :cette solution peut être recyclée et réutilisée pour traiter davantage de lots. Après, les particules subissent un court recuit au cours duquel elles sont chauffées à 800 C puis refroidies très lentement.

Les chercheurs ont fabriqué de nouvelles cathodes à partir des particules régénérées, puis les ont testées dans des batteries construites en laboratoire. Les nouvelles cathodes ont montré la même capacité de stockage d'énergie, temps de charge et durée de vie comme les originaux.

Une chose intéressante à propos de ce processus, Chen a noté, est que c'est essentiellement le même qui est utilisé pour fabriquer les particules de cathode d'origine. « Nous pouvons simplement restaurer le matériau dégradé en le soumettant aux mêmes étapes de traitement, " il a dit.

Lorsqu'une batterie lithium-ion s'use, le matériau cathodique perd une partie de ses atomes de lithium. La structure atomique de la cathode change également de telle sorte qu'elle est moins capable de faire entrer et sortir des ions. Le processus de recyclage développé par le groupe de Chen restaure à la fois la concentration en lithium de la cathode et la structure atomique à leur état d'origine.

Globalement, le processus de recyclage utilise 5,9 mégajoules d'énergie, équivalent à l'énergie contenue dans environ trois quarts de tasse d'essence, pour restituer un kilogramme de matériau cathodique. Plusieurs autres procédés de recyclage de cathodes de batteries lithium-ion en cours de développement utilisent au moins le double de cette énergie.

L'objectif est d'optimiser ce procédé pour les échelles industrielles. L'équipe de Chen envisage de travailler avec des entreprises de batteries en Asie. Un domaine d'amélioration particulier est l'étape de récolte de cathode, dit Chen. À l'heure actuelle, les particules doivent être retirées manuellement du reste de la batterie. Les chercheurs travaillent à simplifier cette étape afin que l'ensemble du processus soit industriellement viable.

L'équipe de Chen affine ce processus afin qu'il puisse être utilisé pour recycler tout type de matériau de cathode de batterie lithium-ion, en plus de l'oxyde de lithium cobalt et du lithium NMC. "L'objectif est d'en faire un processus de recyclage général pour toutes les cathodes, ", a déclaré Chen. L'équipe travaille également sur un processus de recyclage des anodes usagées.