Alors que la multiplication des déchets électroniques constitue l’un des défis environnementaux majeurs de notre époque, une lueur d’espoir émerge de Corée du Sud. Le Centre de recherche sur les énergies propres de Gwangju (KIER) annonce une innovation prometteuse : une méthode écologique et économiquement viable pour donner une seconde vie aux cathodes des batteries lithium-ion usagées, fruit des travaux du Dr Jung-Je Woo et son équipe.
Avec l’essor récent des véhicules électriques et des appareils mobiles, la gestion des batteries usagées est devenue un enjeu mondial majeur. D’ici 2040, le nombre de véhicules électriques mis hors service devrait dépasser les 40 millions, ce qui entraînera une forte augmentation des déchets de batteries. Le développement de technologies de recyclage avancées est donc devenu une priorité urgente, car les métaux contenus dans les batteries présentent un risque important de contamination du sol et de l’eau.
Dans le cadre du recyclage conventionnel des batteries, la méthode typique consiste à broyer les batteries usagées et à extraire les métaux précieux tels que le lithium, le nickel et le cobalt par le biais de processus chimiques. Toutefois, ce processus nécessite des produits chimiques à haute concentration, qui génèrent des eaux usées, et exige une consommation d’énergie importante en raison de la nécessité d’utiliser des fours à haute température qui contribuent de manière significative aux émissions de dioxyde de carbone.
Pour résoudre ces problèmes, la technologie du recyclage direct, qui récupère et restaure les matériaux d’origine sans altération chimique, suscite un intérêt croissant. Cependant, le recyclage direct présente également des inconvénients, car il nécessite des conditions de température et de pression élevées et implique des procédures complexes, ce qui le rend à la fois long et coûteux.
L’équipe de recherche a mis au point une nouvelle technologie permettant de recycler directement les matériaux cathodiques usagés des batteries lithium-ion grâce à un processus simple qui répond aux limites des méthodes de recyclage conventionnelles. Cette approche innovante remet la cathode usagée dans son état d’origine en l’immergeant dans une solution de restauration à température et pression ambiantes, ce qui permet de reconstituer efficacement les ions lithium.
La technologie clé est l’application de la corrosion galvanique à l’aide d’une solution de restauration. La corrosion galvanique se produit lorsque deux matériaux différents sont en contact dans un environnement électrolytique, ce qui entraîne la corrosion sélective d’un métal pour protéger l’autre. En utilisant ce mécanisme sacrificiel, l’équipe de recherche a adapté de manière innovante ce phénomène pour l’appliquer au recyclage des batteries.
Le brome contenu dans la solution de restauration déclenche une corrosion spontanée au contact de l’aluminium de la batterie usagée. Au cours de ce processus, les électrons sont libérés de l’aluminium corrodé et sont ensuite transférés au matériau de la cathode usagée. Pour maintenir la neutralité de la charge, les ions lithium de la solution de restauration sont insérés dans le matériau de la cathode. Cette récupération d’ions lithium restaure le matériau de la cathode à son état d’origine.
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En outre, contrairement aux méthodes conventionnelles qui nécessitent le démontage de la batterie usagée, la réaction de restauration a lieu directement à l’intérieur de la cellule, ce qui améliore considérablement l’efficacité du processus de recyclage.
L’équipe de recherche a confirmé, par des tests de performance électrochimique, que la cathode restaurée atteignait une capacité équivalente à celle des nouveaux matériaux.
« Cette recherche introduit une nouvelle approche pour restaurer les matériaux de cathode usagés sans avoir recours à un traitement thermique à haute température ou à des produits chimiques nocifs. » Il a également souligné que « le recyclage direct des batteries de véhicules électriques mises au rebut offre un grand potentiel pour réduire de manière significative les émissions de carbone et mettre en place une économie circulaire des ressources. » a ajouté Jung-Je Woo, chercheur principal.
Les résultats des recherches de l’équipe ont été publiés en ligne en octobre 2024 dans Advanced Energy Materials, une revue dans le domaine de l’énergie et de la science des matériaux. DOI : 10.1002/aenm.202402106
Source : KIER – Traduction Enerzine.com
