Publié à l'origine sur Idaho National Laboratory
Par Hank Hogan pour INL Communications &Outreach
Les batteries lithium-ion ont entraîné une révolution dans l'électronique grand public et industrielle qui a ouvert la voie à un avenir sans fil avec moins d'émissions de carbone.
Pourtant, la source d'énergie légère et rechargeable pour tout, des téléphones portables aux véhicules électriques, pose un défi environnemental de taille :comment se débarrasser d'une batterie une fois qu'elle n'est plus utile ?
Le simple fait de le jeter dans une décharge est à la fois dangereux et inutile. Les incendies peuvent se déclencher lorsque les bulldozers roulent sur des batteries tout en déplaçant de la terre et des débris. De plus, les batteries déchargées contiennent des éléments précieux tels que le cobalt, le lithium et le manganèse, à des concentrations plus élevées que celles que l'on peut trouver dans les minerais commerciaux.
Le recyclage pourrait donc potentiellement être une grande entreprise, qui grandit avec le parc de véhicules électriques. Les experts disent que d'ici 2040, il y aura 500 millions de véhicules de tourisme électriques sur la route dans le monde (près d'un tiers de la flotte de passagers prévue). D'ici là, la valeur des matières premières des batteries lithium-ion en fin de vie sera passée d'environ 0,3 milliard de dollars en 2020 à 1,1 milliard de dollars d'ici 2025 et à près de 24 milliards de dollars d'ici 2040.
RECYCLER AVEC MOINS DE CHALEUR ET DE PRODUITS CHIMIQUES
À la lumière de ces défis et opportunités croissants, le Laboratoire national de l'Idaho (INL) vise à rendre le recyclage des batteries lithium-ion plus facile, plus efficace et potentiellement plus écologique. Les résultats encourageants de ces efforts ont récemment été publiés dans la revue Resources, Conservation and Recycling.
Le recyclage peut renforcer la chaîne d'approvisionnement des fabricants de batteries en réduisant la nécessité de dépendre de sources potentiellement peu fiables pour de nouveaux matériaux. C'est pourquoi la recherche a été financée par l'Institut des matériaux critiques du Département de l'énergie. L'un des objectifs de l'institut est de diversifier l'approvisionnement en matériaux énergétiques critiques, en partie grâce à la réutilisation et au recyclage.
Batterie Nissan Leaf, 2014 gracieuseté de Nissan
Aujourd'hui, on estime que seulement 5 % des batteries lithium-ion sont recyclées. C'est, dans une certaine mesure, parce que le processus est en partie manuel, implique des produits chimiques à haute température et caustiques, et est inefficace, selon Tedd Lister, un scientifique de l'INL et co-auteur de l'article.
Dans leur article, les chercheurs ont présenté la preuve de principe d'une approche différente du recyclage des batteries, qui fonctionne à température ambiante et réduit considérablement l'utilisation de produits chimiques.
Chaîne d'approvisionnement en lithium - Une analyse des flux commerciaux de lithium de la mine à l'usine.
Crédit pour le graphique de Joule 1, 229–243, 11 octobre 2017.
Le nouveau processus est électrochimique, a déclaré Lister. Ainsi, au lieu de la chaleur, l'énergie provient de l'électricité, qui alimente les réactions qui libèrent le cobalt, le lithium, le manganèse et d'autres matériaux des batteries. Les chercheurs ont démontré l'approche dans une cellule qui mesure quelques centimètres de côté, suffisamment petite pour être ramassée.
Les scientifiques ont commencé avec des batteries lithium-ion déchiquetées, avec du matériel fourni par Retriev Technologies de Lancaster, Ohio. Une entreprise de recyclage et de gestion de batteries, Retriev a également participé à la recherche, tout comme Solvay, une entreprise basée à Bruxelles qui a fourni les produits chimiques utilisés pour la séparation des métaux.
Après avoir développé le processus électrochimique, les scientifiques l'ont testé et ont découvert qu'ils pouvaient atteindre des taux de récupération de recyclage élevés. Ils ont signalé une efficacité de plus de 96 % en termes de cobalt, de lithium, de manganèse et de nickel extraits, qui sortent du processus en un seul flux de sortie. En revanche, le cuivre, un métal à haute valeur commerciale, se dépose sur la cathode, ce qui simplifie le processus de séparation en aval, a déclaré Lister.
Une analyse préliminaire des coûts a indiqué une réduction d'environ 80 % des coûts énergétiques et chimiques par rapport aux techniques de recyclage actuelles.
Les plans futurs incluent le développement d'une procédure électrochimique pour séparer la sortie du processus de lixiviation en cobalt, lithium, manganèse et nickel. L'équipe étudie également la réutilisation d'un autre matériau essentiel, le graphite, qui reste et peut potentiellement être recyclé.
Les processus de lixiviation et de séparation doivent ensuite être mis à l'échelle jusqu'à une taille utile dans un environnement industriel. Une partie de cet effort comprendra l'optimisation des processus de lixiviation et de séparation en ajustant les paramètres pour améliorer les performances et l'efficacité. En plus du partenaire du projet Retriev, les scientifiques de l'INL souhaitent travailler avec des partenaires commerciaux sur ces prochaines étapes.
Enfin, ce type de recyclage des batteries pourrait utiliser l'énergie excédentaire parfois produite par les centrales électriques de taille industrielle.
"Vous utilisez l'énergie pour fabriquer un produit qui sera ensuite utilisé pour produire de l'énergie", a déclaré Luis Diaz Aldana, auteur principal de l'article et ingénieur/scientifique en électrochimie de l'INL.
Publié à l'origine sur Laboratoire national de l'Idaho
Image sélectionnée via le département américain de l'énergie.
