Un chercheur de l'Université de Toronto a mis au point une nouvelle technique pour aider à recycler les métaux dans les batteries lithium-ion, qui sont en forte demande dans un contexte d'augmentation des ventes mondiales de véhicules électriques.

Gisele Azimi, professeure aux départements de science et génie des matériaux et de génie chimique et de chimie appliquée à la Faculté des sciences appliquées et de génie, et son équipe ont proposé une nouvelle méthode plus durable pour extraire les métaux précieux, y compris le lithium, mais aussi le cobalt , nickel et manganèse - à partir de batteries lithium-ion qui ont atteint la fin de leur durée de vie utile.

"Obtenir ces métaux à partir de minerai brut demande beaucoup d'énergie", explique Jiakai (Kevin) Zhang, titulaire d'un doctorat. candidat en génie chimique et chimie appliquée qui est l'auteur principal d'un nouvel article récemment publié dans Resources, Conservation and Recycling .

"Si nous recyclons les batteries existantes, nous pouvons soutenir la chaîne d'approvisionnement contrainte et aider à réduire le coût des batteries EV, rendant les véhicules plus abordables."

Une partie de l'engagement du Canada à atteindre zéro émission nette d'ici 2050 comprend un objectif obligatoire exigeant que 100 % des nouvelles voitures légères et camions de tourisme vendus au pays soient électriques d'ici 2035.

L'atteinte de cet objectif nécessitera une augmentation de l'offre de métaux critiques, dont le prix est déjà très élevé. Par exemple, le cobalt, un ingrédient clé dans la production de cathodes de batteries lithium-nickel-manganèse-oxyde de cobalt (communément abrégé en NMC) largement utilisées dans les véhicules électriques, est également l'un des composants les plus coûteux des batteries lithium-ion en raison de sa réserve limitée.

"Nous sommes sur le point d'atteindre un point où de nombreuses batteries lithium-ion arrivent en fin de vie", déclare Azimi. "Ces batteries sont encore très riches en éléments d'intérêt et peuvent fournir une ressource cruciale pour la récupération."

Non seulement le recyclage peut fournir ces matériaux à moindre coût, mais il réduit également la nécessité d'extraire du minerai brut qui entraîne des coûts environnementaux et éthiques.

L'espérance de vie des batteries de VE est de 10 à 20 ans, mais la plupart des constructeurs automobiles n'offrent une garantie que de huit ans ou 160 000 kilomètres, selon la première éventualité. Lorsque les batteries EV arrivent en fin de vie, elles peuvent être remises à neuf pour des utilisations de seconde vie ou recyclées pour récupérer les métaux. Mais aujourd'hui, de nombreuses batteries sont jetées de manière inappropriée et finissent dans des décharges.

"Si nous continuons à extraire du lithium, du cobalt et du nickel pour les batteries et que nous les enfouissons simplement en fin de vie, il y aura un impact environnemental négatif, en particulier si une lixiviation d'électrolyte corrosif se produit et contamine les systèmes d'eau souterrains", explique Zhang.

Les procédés classiques de recyclage des batteries lithium-ion sont basés sur la pyrométallurgie, qui utilise des températures extrêmement élevées, ou l'hydrométallurgie, qui utilise des acides et des agents réducteurs pour l'extraction. Ces deux procédés sont tous deux énergivores :la pyrométallurgie produit des émissions de gaz à effet de serre, tandis que l'hydrométallurgie crée des eaux usées qui doivent être traitées et manipulées.

En revanche, le groupe de laboratoire d'Azimi utilise l'extraction par fluide supercritique pour récupérer les métaux des batteries lithium-ion en fin de vie. Ce processus sépare un composant d'un autre en utilisant un solvant d'extraction à une température et une pression supérieures à son point critique, où il adopte les propriétés à la fois d'un liquide et d'un gaz.

Pour récupérer les métaux, Zhang a utilisé du dioxyde de carbone comme solvant, qui a été amené à une phase supercritique en augmentant la température au-dessus de 31 ° C et la pression jusqu'à 7 mégapascals.

Dans l'article, l'équipe a montré que ce processus correspondait à l'efficacité d'extraction du lithium, du nickel, du cobalt et du manganèse à 90 % par rapport aux processus de lixiviation conventionnels, tout en utilisant moins de produits chimiques et en générant beaucoup moins de déchets secondaires. En fait, la principale source d'énergie dépensée lors du processus d'extraction par fluide supercritique était due à la compression du CO₂ .

"L'avantage de notre méthode est que nous utilisons du dioxyde de carbone de l'air comme solvant au lieu d'acides ou de bases très dangereux", dit-elle. "Le dioxyde de carbone est abondant, bon marché et inerte, et il est également facile à manipuler, à évacuer et à recycler."

L'extraction par fluide supercritique n'est pas un procédé nouveau. Il est utilisé dans les industries alimentaires et pharmaceutiques pour extraire la caféine des grains de café depuis les années 1970. Le travail d'Azimi et de son équipe s'appuie sur des recherches antérieures au Laboratoire des matériaux stratégiques pour récupérer des éléments de terres rares à partir de batteries nickel-métal-hydrure.

Cependant, c'est la première fois que ce procédé est utilisé pour récupérer des métaux à partir de batteries lithium-ion, dit-elle.

"Nous croyons vraiment au succès et aux avantages de ce processus", déclare Azimi.

« Nous nous dirigeons maintenant vers la commercialisation de cette méthode pour augmenter son niveau de maturité technologique. Notre prochaine étape consiste à finaliser des partenariats pour construire des installations de recyclage à l'échelle industrielle pour les ressources secondaires. Si cela est activé, cela changerait la donne. + Explorer plus loin

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