Des tests confirment la qualité du graphite purifié provenant de batteries lithium-ion usagées
Une étape importante pour l'économie circulaire
Les batteries au lithium-ion font désormais partie intégrante de la vie quotidienne. Le nombre de piles usagées est donc élevé. Elles contiennent des quantités considérables de matières premières importantes telles que le graphite. Recycler ce minéral pour le réutiliser dans de nouvelles batteries ayant les mêmes performances est un objectif important. Des chercheurs de l'Institut Helmholtz d'Ulm et de l'Institut Helmholtz de Freiberg pour la technologie des ressources (HIF) du Centre Helmholtz de Dresde-Rossendorf (HZDR) viennent de démontrer qu'une technologie de recyclage du graphite donne les résultats escomptés. Lors des essais, le graphite purifié a montré une excellente rétention de capacité, comparable à celle du graphite commercial vierge de qualité anodique.
Les batteries lithium-ion contiennent de nombreuses matières premières importantes telles que le lithium, le cuivre, le nickel, le cobalt, l'aluminium et le graphite. Le recyclage du graphite est très important, car il représente environ 15 à 25 % du poids de la batterie.
Bernd Schröder
Les batteries lithium-ion (LIB) équipent la quasi-totalité de nos appareils électriques et constituent un important fournisseur d'énergie pour l'e-mobilité. Cependant, divers processus de vieillissement réduisent les performances d'une batterie au cours de sa période d'utilisation. Les piles à lithium contiennent de nombreuses matières premières importantes. Outre le lithium qui leur donne leur nom, elles contiennent des métaux tels que le cuivre, le nickel, le cobalt, l'aluminium et le graphite. Ce dernier est le matériau de l'anode, qui représente environ 15 à 25 % du poids de la batterie. Plus le graphite est pur, mieux ce mécanisme fonctionne. Le graphite synthétique, c'est-à-dire le graphite produit à l'aide d'un processus énergivore à base de coke, remplit particulièrement bien cette tâche grâce à ses propriétés optimisées et adaptables. Cependant, le graphite naturel (c'est-à-dire extrait de minerais) et le graphite synthétique pour anodes proviennent en grande partie de Chine et ont une empreinte environnementale importante. Le recyclage est donc essentiel pour récupérer les matières premières tout en réduisant la dépendance à l'égard de la Chine. Actuellement, environ 100 000 tonnes de piles usagées sont recyclées chaque année en Europe.
Purification et réutilisation du graphite
Pour récupérer le graphite des piles en fin de vie, celles-ci sont d'abord broyées, ce qui laisse ce que l'on appelle la masse noire. Le graphite est extrait de cette fine poudre par flottation par mousse. Le processus est basé sur l'hydrophobisation sélective, c'est-à-dire la propriété hydrofuge, des minéraux et l'attachement de ces particules à des bulles de gaz, qui sont ensuite récupérées par l'intermédiaire d'une mousse. Le concentré ainsi obtenu est purifié, souvent à l'aide d'acides inorganiques tels que l'acide fluorhydrique, qui peut également causer des dommages à l'environnement. Dans le cas présent, la société australienne EcoGraf a nettoyé les particules de graphite à l'aide d'un procédé respectueux de l'environnement qui ne nécessite pas d'acide fluorhydrique hautement toxique.
Des chercheurs des instituts Helmholtz d'Ulm et de Freiberg ont examiné la pureté des particules de graphite et leur réutilisation comme matériau d'anode. "Les tests que nous avons effectués nous ont permis de prouver que les performances électrochimiques du graphite récupéré dans les piles à combustible mises au rebut correspondent à celles du graphite des anodes neuves. La structure et la morphologie ne sont pas modifiées de manière significative en comparaison. Plus important encore, le graphite recyclé présente une capacité spécifique réversible remarquable de plus de 350 mAh/g malgré les impuretés mineures issues du processus de recyclage", explique le Dr Anna Vanderbruggen, scientifique au HIF au moment de l'étude, pour expliquer les résultats des tests. Les tests effectués sur des cellules de batterie nouvellement assemblées à partir de graphite recyclé montrent une excellente stabilité du cycle. La cellule d'essai a été soumise à 1 000 cycles de charge et de décharge, avec une rétention de capacité de 80 %. Cette performance est comparable à celle des piles complètes de référence fabriquées à partir d'un matériau pur.
Une étape importante pour l'économie circulaire
Les résultats obtenus constituent une étape importante vers le respect des exigences du règlement européen sur les batteries, qui n'a été modifié que l'année dernière. Il prévoit une augmentation de l'efficacité minimale de recyclage de 50 à 70 % d'ici à 2030. Étant donné que le graphite représente jusqu'à 25 % de la masse totale des piles à combustible et qu'il restera un composant essentiel des piles à combustible dans un avenir proche ou moyen, ce processus de recyclage représente un progrès significatif dans l'alignement sur les exigences du Green Deal européen et, surtout, dans l'avancée vers une économie circulaire.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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