Une nouvelle étude révèle que le lithium, un élément critique utilisé dans les batteries rechargeables et sujet aux perturbations de la chaîne d’approvisionnement peut être récupéré à partir des déchets de batteries en utilisant un procédé de récupération électrochimiquement piloté. La méthode a été testée sur des types couramment utilisés de batteries contenant du lithium et démontre une viabilité économique avec le potentiel de simplifier les opérations, de minimiser les coûts et d’augmenter la durabilité et l’attractivité du processus de récupération pour un usage commercial.
L’étude, dirigée par le professeur de génie chimique et biomoléculaire de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign, Xiao Su, décrit un processus qui lessive les métaux des batteries dans un solvant organique, puis utilise une cellule électrochimique dans laquelle une électrode recouverte d’un polymère est utilisée pour capturer le lithium.
« Le principal défi est la présence d’autres métaux dans les flux de récupération du lithium, particulièrement dans les lixiviats organiques, ce qui est une manière courante de dissoudre les batteries usagées pour le recyclage, explique le chercheur. Pour surmonter ces obstacles, nous avons introduit un copolymère qui capture le lithium sélectivement directement à partir des solvants organiques et qui peut être régénéré électrochimiquement. »
Les résultats de l’étude sont publiés dans la revue ACS Energy Letters et ont été co-dirigés par l’ancien étudiant diplômé Nayeong Kim, avec des contributions des chercheurs postdoctoraux Johannes Elbert et Hee-Eun Kim et de l’étudiant de premier cycle Chengxian Wu.
En laboratoire, l’équipe de recherche de Su démonte les batteries et lessive les métaux dans un solvant organique, créant un mélange contenant du lithium et d’autres métaux. Ils ont ensuite déplacé le solvant dans une cellule électrochimique avec une électrode recouverte d’un copolymère spécialement conçu qui capture spécifiquement les ions lithium du mélange, un peu comme une éponge.
« L’électrode remplie de lithium est ensuite placée dans une nouvelle solution, et une tension est appliquée, précise Xiao Su. Cela déclenche la libération par le polymère des ions lithium capturés, qui sont collectés, tout en laissant les autres métaux derrière dans le lixiviat original. Cette régénération électrochimique permet des cycles répétés de récupération sélective et efficace du lithium à partir des batteries usagées. »
La recherche de Su sur la récupération des ressources inclut généralement une analyse de viabilité économique, et cette étude suit cette marque de fabrique.
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« Nous avons constaté qu’en utilisant une approche à trois étapes, le lithium récupéré pourrait être produit à un coût économiquement favorable par rapport aux prix actuels du marché du lithium, » affirme-t-il.
Cela signifie que la nouvelle méthode pourrait être nettement moins coûteuse ou au moins compétitive en termes de coût par rapport aux méthodes existantes de production de lithium.
Xiao Su a déclaré que bien que les résultats de preuve de concept soient très prometteurs, il reste encore du travail à faire pour mettre le système à l’échelle ainsi que pour modéliser le processus afin de valider davantage leurs découvertes.
« Ces résultats aident à souligner l’applicabilité large des séparations électrochimiques pour le recyclage des métaux, non seulement dans l’eau, mais aussi à partir de solvants organiques couramment utilisés pour lessiver les batteries usagées. Nous envisageons que ce travail contribue à établir une chaîne d’approvisionnement en lithium plus circulaire et durable, améliorant la sécurité d’approvisionnement et réduisant potentiellement les impacts environnementaux associés à d’autres formes d’extraction du lithium, comme l’exploitation minière. »
Article : Redox-active crown ether copolymer for selective lithium recovery from spent lithium-ion battery – Journal : ACS Energy Letters – Méthode : Experimental study – DOI : 10.1021/acsenergylett.5c01901
Source : Illinois UC
