L’une des difficultés du recyclage est que le coût du matériau lui-même est faible et que le processus de recyclage n’est pas bon marché. Une nouvelle technologie espère stimuler le recyclage des batteries au lithium en réduisant davantage les coûts et en utilisant des ingrédients respectueux de l’environnement.

Une nouvelle technique de traitement peut ramener le matériau cathodique usagé à son état d’origine, réduisant encore les coûts de recyclage. Développée par des nanoingénieurs de l’Université de Californie à San Diego, la technologie est plus respectueuse de l’environnement que les méthodes actuellement utilisées. Il utilise des matières premières plus vertes, réduit la consommation d’énergie de 80 à 90 % et réduit les émissions de gaz à effet de serre de 75 %.

Les chercheurs détaillent leurs travaux dans un article publié le 12 novembre dans Joule.

Cette technique est particulièrement idéale pour les cathodes en lithium fer phosphate (LFP). Les batteries à cathode LFP sont moins chères que les autres batteries au lithium car elles n’utilisent pas de métaux précieux comme le cobalt ou le nickel. Les batteries LFP sont également plus durables et plus sûres. Ils sont largement utilisés dans les outils électriques, les bus électriques et les réseaux électriques. La Tesla Model 3 utilise également des batteries LFP.

“Compte tenu de ces avantages, les batteries LFP auront un avantage concurrentiel sur les autres batteries au lithium sur le marché”, a déclaré Zheng Chen, professeur de nano-ingénierie à l’Université de Californie à San Diego.

Y a-t-il un problème? “Ce n’est pas rentable de recycler ces batteries.” “Il est confronté au même dilemme que le plastique – le matériau lui-même est bon marché, mais la façon de le recycler n’est pas bon marché”, a déclaré Chen.

Les nouvelles technologies de recyclage développées par Chen et son équipe pourraient réduire ces coûts. La technologie fonctionne à basse température (60 à 80 degrés Celsius) et à pression ambiante, elle consomme donc moins d’électricité que les autres méthodes. De plus, les produits chimiques qu’il utilise, comme le lithium, l’azote, l’eau et l’acide citrique, sont bon marché et doux.

“L’ensemble du processus de recyclage est effectué dans des conditions très sûres, nous n’avons donc pas besoin de mesures de sécurité spéciales ou d’équipements spéciaux”, a déclaré Pan Xu, auteur principal de l’étude et chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Chen. C’est pourquoi nos coûts de recyclage des batteries sont faibles. ”

Tout d’abord, les chercheurs ont recyclé les batteries LFP jusqu’à ce qu’elles perdent la moitié de leur capacité de stockage. Ils ont ensuite démonté la batterie, récupéré sa poudre de cathode et l’ont trempée dans une solution de sels de lithium et d’acide citrique. Ensuite, ils ont lavé la solution avec de l’eau et ont laissé sécher la poudre avant de la chauffer.

Les chercheurs ont utilisé la poudre pour fabriquer de nouvelles cathodes, qui ont été testées dans des cellules bouton et des cellules de poche. Ses performances électrochimiques, sa composition chimique et sa structure sont complètement restaurées à l’état d’origine.

Au fur et à mesure que la batterie continue d’être recyclée, la cathode subit deux modifications structurelles importantes qui réduisent ses performances. Le premier est la perte d’ions lithium, qui forment des vides dans la structure cathodique. Deuxièmement, un autre changement structurel s’est produit lorsque les ions fer et lithium de la structure cristalline ont changé de place. Une fois que cela se produit, les ions ne peuvent pas facilement revenir en arrière, de sorte que les ions lithium restent bloqués et ne peuvent pas parcourir la batterie.

La méthode de traitement proposée dans cette étude consiste tout d’abord à reconstituer les ions lithium, de sorte que les ions fer et les ions lithium puissent être facilement ramenés à leurs positions d’origine, restaurant ainsi la structure de la cathode. La deuxième étape consiste à utiliser de l’acide citrique, qui agit comme un agent réducteur pour donner des électrons à une autre substance. Il transfère des électrons aux ions de fer, réduisant leur charge positive. Cela minimise la répulsion des électrons et empêche les ions de fer de revenir à leurs positions d’origine dans la structure cristalline, tout en libérant des ions de lithium dans le cycle.

Alors que la consommation d’énergie globale du processus de recyclage est faible, les chercheurs affirment que des recherches supplémentaires sont nécessaires sur la logistique de la collecte, du transport et de l’élimination de grandes quantités de batteries.

“Le prochain défi est de trouver comment optimiser ces processus logistiques.” “Cela rapprochera notre technologie de recyclage d’une application industrielle”, a déclaré Chen.