Recyclage en une seule étape de la cathode des batteries
Le résultat est nettement plus abordable, moins impactant pour l'environnement et moins risqué pour la santé que toute autre méthode de recyclage actuellement utilisée
Une nouvelle méthode de recyclage des piles mise au point par les ingénieurs de Grainger dans l'Illinois permet d'éliminer les métaux rares et coûteux des cathodes des vieilles piles et de les recouvrir sur de nouvelles cathodes en une seule étape. Le résultat est nettement plus abordable, moins impactant pour l'environnement et moins dangereux pour la santé que toute autre méthode de recyclage actuellement utilisée.
Schéma de la méthode de recyclage en une seule étape de la cathode d'une batterie. Une vieille électrode est placée dans un bain régénérateur. Un processus électrochimique dissout les métaux précieux et les recouvre sur une nouvelle électrode en une seule étape.
The Grainger College of Engineering at the University of Illinois Urbana-Champaign
Les cathodes des batteries - la partie positive de la batterie qui aide à stocker l'énergie électrique - nécessitent souvent des métaux rares et coûteux tels que le cobalt. Il est donc essentiel de mettre au point des méthodes efficaces de recyclage des cathodes qui permettent de récupérer les métaux essentiels à leur fonctionnement.
Des chercheurs du Grainger College of Engineering de l'université de l'Illinois Urbana-Champaign ont inventé un procédé en une seule étape pour extraire simultanément les métaux des anciennes cathodes et en créer de nouvelles. En se concentrant sur l'oxyde de lithium et de cobalt, le matériau de cathode le plus utilisé dans les batteries de téléphone et d'ordinateur portable, les chercheurs ont démontré qu'un seul processus électrochimique peut être utilisé pour dissoudre le matériau d'une borne usagée et le déposer sur une nouvelle. Comme l'indique la revue Advanced Functional Materials, le nouveau procédé est huit fois moins coûteux et plus de 50 % moins impactant que les procédés de recyclage courants.
"Le fait que notre procédé ne comporte qu'une seule étape fait toute la différence, car les besoins en matériaux sont inférieurs de moitié à ceux des autres procédés de recyclage", explique Jarom Sederholm, étudiant diplômé en génie chimique et biomoléculaire de l'Illinois Grainger Engineering et auteur principal de l'étude. "Nous avons collaboré avec des collègues du département d'ingénierie des systèmes industriels et d'entreprise pour analyser les coûts et les impacts environnementaux de ce processus à grande échelle. Quel que soit le facteur pris en compte, notre procédé est meilleur".
Paul Braun, professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'Illinois Grainger Engineering et chef de projet, a déclaré : "Les méthodes actuelles de recyclage des cathodes de batteries comportent trop d'étapes. Les cathodes doivent être décomposées, séparées et purifiées, reformées par des réactions chimiques, puis recouvertes sur de nouveaux composants de batterie. Ces processus nécessitent une énergie et des intrants chimiques considérables, ce qui augmente le coût, le potentiel de nuisance environnementale et les risques pour la santé humaine".
M. Sederholm se souvient que l'idée du nouveau procédé est née d'une discussion hypothétique avec M. Braun.
"Notre groupe de recherche travaille beaucoup sur l'électrodéposition - un mécanisme par lequel une charge électrique est utilisée pour déposer une couche de matériau sur un substrat - et dispose d'une importante infrastructure de recherche", explique M. Sederholm. "Un jour, nous avons eu une idée : si l'électrodéposition est possible, l'inverse devrait également être vrai. Il devrait être possible d'utiliser l'électricité pour dissoudre un revêtement également. Je suis donc allé au laboratoire, j'ai tout mis en place avec la bonne solution et les bonnes tensions, et le revêtement d'oxyde de cobalt et de lithium d'une cathode s'est détaché immédiatement."
Étant donné que le métal nécessaire était déjà dissous dans la solution lors du processus de décapage, l'insertion d'une nouvelle cathode dans la solution et son revêtement par électrodéposition constituaient l'étape logique suivante. L'ensemble du processus de recyclage - récupération des métaux précieux et réutilisation dans un nouveau produit - se déroule en une seule étape et une seule réaction dans un seul bain chimique.
Pour évaluer le coût total et l'impact de la nouvelle méthode à état unique, les chercheurs se sont tournés vers leurs collègues du département d'ingénierie industrielle et des systèmes d'entreprise de l'Illinois Grainger Engineering : l'étudiant diplômé Zheng Liu et le professeur Pingfeng Wang. Ils ont déterminé que la nouvelle méthode était plus performante que toutes les techniques actuellement utilisées selon quatre critères : l'efficacité économique, l'impact sur l'environnement, l'impact sur les ressources et le risque pour la santé humaine.
L'étude s'est concentrée sur les cathodes en oxyde de cobalt et de lithium en raison de leur prévalence dans l'électronique grand public, mais M. Sederholm prévoit d'étendre ces résultats à d'autres chimies de cathodes.
"Il existe de nombreuses technologies de batteries basées sur les oxydes de nickel et de manganèse, et elles auraient des exigences différentes pour que cela fonctionne", a-t-il déclaré. "En outre, la cathode et l'anode peuvent contenir des additifs liants tels que le fluorure de polyvinylidène (PVDF), qui peuvent être nocifs lorsqu'ils sont libérés dans l'environnement. Nous voulons voir si nous pouvons réduire la quantité libérée et même récupérer d'autres additifs pour les réutiliser".
Sederholm, Braun et Arghya Patra, chercheur postdoctoral en science et ingénierie des matériaux à Illinois Grainger Engineering, ont déposé une demande de brevet international pour une technologie dérivée de cette étude.
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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