Récupérer jusqu’à 70 % du lithium contenu dans les déchets de batteries sans avoir recours à des produits chimiques corrosifs, à des températures élevées ou à un tri préalable des matériaux : C’est ce que permet une méthode de recyclage mise au point par l’Institut de technologie de Karlsruhe (KIT). Cette méthode associe des processus mécaniques à des réactions chimiques et permet un recyclage peu coûteux, économe en énergie et respectueux de l’environnement de tous les types de batteries lithium-ion.
Les résultats sont publiés dans Nature Communications Chemistry (DOI : 10.1038/s42004-023-00844-2).
Les batteries lithium-ion sont omniprésentes dans notre vie. Elles sont non seulement utilisées pour l’alimentation sans fil des ordinateurs portables, des smartphones, des jouets, des télécommandes et d’autres petits appareils, mais elles constituent également les systèmes de stockage d’énergie les plus importants pour le secteur de la mobilité électrique, qui connaît une croissance rapide. L’utilisation croissante de ces piles rend nécessaire la mise en place de méthodes de recyclage économiquement et écologiquement durables.
À l’heure actuelle, le nickel et le cobalt, le cuivre et l’aluminium, ainsi que l’acier sont principalement récupérés à partir des déchets de batteries en vue de leur réutilisation. La récupération du lithium reste coûteuse et difficilement rentable. Les méthodes de récupération existantes sont principalement de nature métallurgique et consomment beaucoup d’énergie et/ou produisent des sous-produits dangereux.
À l’inverse, les approches mécano-chimiques basées sur des processus mécaniques pour induire des réactions chimiques promettent d’atteindre un rendement plus élevé et une plus grande durabilité avec des dépenses moindres.
Adapté à divers matériaux de cathode
Une telle méthode vient d’être mise au point par le département des systèmes de stockage de l’énergie de l’Institut des matériaux appliqués du KIT (IAM-ESS), l’Institut Helmholtz d’Ulm pour le stockage électrochimique de l’énergie (HIU) créé par le KIT en coopération avec l’université d’Ulm, et EnBW Energie Baden-Württemberg AG.
Cette étude est présentée dans la revue Nature Communications Chemistry. La méthode permet d’atteindre un taux de récupération du lithium allant jusqu’à 70 % sans avoir recours à des produits chimiques corrosifs, à des températures élevées ou à un tri préalable des matériaux. “La méthode peut être appliquée pour récupérer le lithium des matériaux cathodiques de diverses compositions chimiques et, par conséquent, pour une large gamme de batteries lithium-ion disponibles dans le commerce“, explique le Dr Oleksandr Dolotko de l’IAM-ESS et de l’HIU, premier auteur de la publication. “Il permet un recyclage peu coûteux, efficace sur le plan énergétique et respectueux de l’environnement“.
Réaction à température ambiante
Les chercheurs utilisent l’aluminium comme agent réducteur dans la réaction mécano-chimique. L’aluminium étant déjà contenu dans la cathode, aucune substance supplémentaire n’est nécessaire. La méthode fonctionne comme suit : Les déchets de la batterie sont d’abord broyés. Ensuite, ce matériau réagit avec l’aluminium pour former des composites métalliques contenant des composés de lithium solubles dans l’eau.
Le lithium est récupéré en dissolvant ces composés dans l’eau, puis en chauffant pour faire évaporer l’eau. Comme la réaction mécano-chimique a lieu à température et pression ambiantes, la méthode est très efficace sur le plan énergétique. Un autre avantage est sa simplicité, qui facilitera son utilisation à l’échelle industrielle, étant donné que de grandes quantités de piles devront être recyclées dans un avenir proche.
Légende illustration / Oleksandr Dolotko, premier auteur de la publication, mène des recherches à l’IAM-ESS et à l’HIU. (Crédit : Amadeus Bramsiepe, KIT)
Oleksandr Dolotko, Niclas Gehrke, Triantafillia Malliaridou, Raphael Sieweck, Laura Herrmann, Bettina Hunzinger, Michael Knapp et Helmut Ehrenberg : Universal and efficient extraction of lithium for lithium-ion battery recycling using mechanochemistry (Extraction universelle et efficace du lithium pour le recyclage des batteries lithium-ion à l’aide de la mécanochimie). Communications Chemistry, 2023. DOI: 10.1038/s42004-023-00844-2
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En tant qu'”université de recherche de l’association Helmholtz”, le KIT crée et transmet des connaissances pour la société et l’environnement. Son objectif est d’apporter des contributions significatives aux défis mondiaux dans les domaines de l’énergie, de la mobilité et de l’information. Pour ce faire, quelque 9 800 employés coopèrent dans un large éventail de disciplines en sciences naturelles, sciences de l’ingénieur, économie, sciences humaines et sociales. Le KIT prépare ses 22 300 étudiants à des tâches responsables dans la société, l’industrie et la science en proposant des programmes d’études fondés sur la recherche. Les efforts d’innovation du KIT jettent un pont entre les découvertes scientifiques importantes et leur application au profit de la société, de la prospérité économique et de la préservation de notre base de vie naturelle. Le KIT est l’une des universités allemandes d’excellence.
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