Des chercheurs suédois présentent une méthode innovante et efficace pour recycler les métaux contenus dans les batteries usagées des voitures électriques. Cette méthode permet de récupérer 100% de l’aluminium et 98% du lithium présents dans ces batteries, tout en minimisant la perte de matières premières précieuses telles que le nickel, le cobalt et le manganèse.
Un processus respectueux de l’environnement
Le processus ne nécessite pas l’utilisation de produits chimiques coûteux ou nocifs, car les chercheurs utilisent de l’acide oxalique, un acide organique présent dans le règne végétal.
« Jusqu’à présent, personne n’a réussi à trouver exactement les bonnes conditions pour séparer autant de lithium en utilisant de l’acide oxalique, tout en éliminant tout l’aluminium. Comme toutes les batteries contiennent de l’aluminium, nous devons être capables de l’éliminer sans perdre les autres métaux », explique Léa Rouquette, doctorante au département de chimie et de génie chimique de l’Université de Chalmers.
Une percée scientifique
Dans le laboratoire de recyclage des batteries de Chalmers, Léa Rouquette et la responsable de recherche Martina Petranikova montrent comment fonctionne la nouvelle méthode.
Le laboratoire dispose de cellules de batteries de voitures usagées et, dans la hotte à vapeurs, leur contenu pulvérisé. Cela prend la forme d’une poudre noire finement moulue dissoute dans un liquide transparent – l’acide oxalique.
La chercheuse produit à la fois la poudre et le liquide dans quelque chose qui rappelle un mixeur de cuisine. Bien que cela semble aussi facile que de préparer du café, la procédure exacte est une percée scientifique unique et récemment publiée.
Une recette remarquable
En ajustant la température, la concentration et le temps, les chercheurs ont élaboré une nouvelle recette remarquable pour utiliser l’acide oxalique, un ingrédient respectueux de l’environnement que l’on trouve dans des plantes comme la rhubarbe et les épinards.
« Nous avons besoin d’alternatives aux produits chimiques inorganiques. L’un des plus grands goulets d’étranglement dans les processus actuels est l’élimination des matériaux résiduels comme l’aluminium. C’est une méthode innovante qui peut offrir à l’industrie du recyclage de nouvelles alternatives et aider à résoudre les problèmes qui entravent le développement », précise Martina Petranikova, professeure associée au département de chimie et de génie chimique de Chalmers.
Inversion de l’ordre et évitement de la perte
La méthode de recyclage à base d’eau est appelée hydrométallurgie. Dans l’hydrométallurgie traditionnelle, tous les métaux d’une cellule de batterie de véhicule électrique sont dissous dans un acide inorganique. Ensuite, on élimine les «impuretés» comme l’aluminium et le cuivre. Enfin, on peut récupérer séparément des métaux précieux comme le cobalt, le nickel, le manganèse et le lithium.
Même si la quantité d’aluminium et de cuivre résiduels est faible, elle nécessite plusieurs étapes de purification et chaque étape de ce processus peut entraîner une perte de lithium.
Avec la nouvelle méthode, les chercheurs inversent l’ordre et récupèrent d’abord le lithium et l’aluminium. Ainsi, ils peuvent réduire le gaspillage de métaux précieux nécessaires à la fabrication de nouvelles batteries.
En synthèse
La partie finale du processus, dans laquelle le mélange noir est filtré, rappelle également la préparation du café. Alors que l’aluminium et le lithium se retrouvent dans le liquide, les autres métaux restent dans les « solides ». La prochaine étape du processus consiste à séparer l’aluminium et le lithium.
« Comme les métaux ont des propriétés très différentes, nous ne pensons pas qu’il sera difficile de les séparer. Notre méthode est une nouvelle voie prometteuse pour le recyclage des batteries – une voie qui mérite certainement d’être explorée davantage », indique Léa Rouquette.
« Comme la méthode peut être mise à l’échelle, nous espérons qu’elle pourra être utilisée dans l’industrie dans les années à venir », ajoute Martina Petranikova.
Le groupe de recherche a passé de nombreuses années à mener des recherches de pointe sur le recyclage des métaux présents dans les batteries au lithium-ion. Le groupe participe à diverses collaborations avec des entreprises pour développer le recyclage des batteries de voitures électriques et est partenaire de grands projets de recherche et de développement, tels que le projet Nybat de Volvo Cars et Northvolt.
Pour une meilleure compréhension
Quelle est la nouvelle méthode de recyclage des métaux des batteries ?
La nouvelle méthode, développée par des chercheurs de l’Université de technologie de Chalmers, en Suède, permet de récupérer 100% de l’aluminium et 98% du lithium présents dans les batteries usagées des voitures électriques. Elle utilise de l’acide oxalique, un acide organique présent dans le règne végétal, évitant ainsi l’utilisation de produits chimiques coûteux ou nocifs.
Qu’est-ce que l’hydrométallurgie ?
L’hydrométallurgie est une méthode de recyclage à base d’eau. Dans l’hydrométallurgie traditionnelle, tous les métaux d’une cellule de batterie de véhicule électrique sont dissous dans un acide inorganique. Ensuite, on élimine les «impuretés» comme l’aluminium et le cuivre. Enfin, on peut récupérer séparément des métaux précieux comme le cobalt, le nickel, le manganèse et le lithium.
Quelle est la différence entre l’hydrométallurgie traditionnelle et la nouvelle méthode ?
La nouvelle méthode inverse l’ordre de l’hydrométallurgie traditionnelle et récupère d’abord le lithium et l’aluminium. Ainsi, elle peut réduire le gaspillage de métaux précieux nécessaires à la fabrication de nouvelles batteries.
Quels sont les avantages de la nouvelle méthode ?
La nouvelle méthode est respectueuse de l’environnement, car elle utilise de l’acide oxalique, un ingrédient que l’on trouve dans des plantes comme la rhubarbe et les épinards. Elle permet également de minimiser la perte de matières premières précieuses telles que le nickel, le cobalt et le manganèse.
Quelles sont les perspectives de cette nouvelle méthode ?
La méthode peut être mise à l’échelle, ce qui signifie qu’elle pourrait être utilisée dans l’industrie dans les années à venir. Elle offre à l’industrie du recyclage de nouvelles alternatives et peut aider à résoudre les problèmes qui entravent le développement.
Article : « Complete and selective recovery of lithium from EV lithium-ion batteries: Modeling and optimization using oxalic acid as a leaching agent » – DOI: 10.1016/j.seppur.2023.124143
Légende illustration principale : Après la méthode de recyclage en milieu aqueux, l’aluminium et le lithium se retrouvent dans le liquide (bleu verdâtre). Les autres métaux, tels que le cobalt, le nickel et le manganèse, restent dans les « solides » foncés, représentés sur la plaque. Credit : Chalmers University of Technology | Anna-Lena Lundqvist
