Une caractérisation précise des masses noires : la clé d'un recyclage efficace des batteries
De nouvelles méthodes d'analyse sont mises au point pour détecter avec précision les contaminants et optimiser les filières de recyclage
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Le règlement européen actuel sur les batteries fixe des quotas de recyclage ambitieux. Cependant, les conditions préalables essentielles à un recyclage efficace des batteries sont des processus de recyclage intelligents, une évaluation fiable et un traitement de haute qualité des matériaux recyclés issus des batteries lithium-ion. Avec le projet SHERLOCK, une initiative de recherche voit le jour pour relever ces défis : il s’agit d’une nouvelle étape sur la voie d’une économie circulaire à la fois rentable et durable pour les batteries.
Analyse et évaluation fiables des matériaux issus du recyclage des batteries pour un cycle des matières efficace dans la production de batteries
© Fraunhofer ISC
Compte tenu de la disponibilité limitée des ressources et des exigences réglementaires croissantes, le recyclage des batteries ne cesse de gagner en importance. Pour les acteurs allemands et européens de la mobilité électrique, une chaîne de valeur résiliente et durable est cruciale. Outre les processus de recyclage hautement performants, la caractérisation analytique rigoureuse des produits intermédiaires du processus devient une priorité.
L’un de ces produits intermédiaires essentiels est ce que l’on appelle la « masse noire ». Ce matériau à grains fins contient des éléments précieux tels que le lithium, le nickel, le cobalt et le graphite ; cependant, sa composition varie considérablement en fonction du type de batterie, de son état de vieillissement, de son historique d’utilisation et du procédé de recyclage. Cette variabilité, associée aux impuretés présentes, a jusqu’à présent compliqué le traitement ultérieur et peut entraîner des pertes d’efficacité ou des compromis sur la qualité des matériaux recyclés.
Élaboration de classes de qualité normalisées pour le produit de recyclage « black mass »
C’est là qu’intervient SHERLOCK : le projet développe de nouvelles méthodes d’analyse et de caractérisation permettant une évaluation précise et reproductible de la « black mass ». L’objectif est de définir des classes de qualité normalisées et d’en déduire des recommandations concrètes pour les processus de recyclage en aval. Les travaux s’appuient à la fois sur des « black masses » industrielles réelles et sur des matériaux modèles spécialement fabriqués, dotés de propriétés définies. Ceux-ci permettent d’étudier de manière systématique les effets d’impuretés spécifiques et de valider de manière ciblée les méthodes d’analyse.
Une attention particulière est accordée à l’étude des effets des impuretés sur les procédés de recyclage directs et hydrométallurgiques. Il en résulte un catalogue complet de critères d’évaluation des « black masses », qui permettra à l’avenir une sélection des filières de recyclage optimisée en fonction des procédés. Parallèlement, de nouvelles méthodes d’élimination ciblée des impuretés sont en cours de développement afin d’améliorer significativement la qualité des matières premières récupérées.
Les méthodes d’analyse innovantes jouent un rôle central dans ce processus. Outre les techniques établies telles que l’analyse par fluorescence X au synchrotron (SR-XRF), l’analyse par fluorescence X à réflexion totale (TXRF), la spectrométrie d’émission optique ou la spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (ICP-OES/MS), le projet utilise également, entre autres techniques, la résonance magnétique nucléaire dans le domaine temporel (TD-RMN), la spectroscopie par particules magnétiques (MPS/COMPASS) et la spectroscopie de rupture induite par laser (LIBS). Ces méthodes permettent une caractérisation détaillée des propriétés structurelles, magnétiques et chimiques des masses noires et fournissent des informations précieuses sur leur composition, leur pureté, leur hétérogénéité et leur potentiel de dangerosité. Il est ainsi possible de classer plus précisément les flux de matières, d’évaluer leur sécurité et de les orienter vers un traitement ultérieur de haute qualité.
Une méthodologie transférable et évolutive
L’un des principaux résultats du projet est l’élaboration d’une spécification technique définissant des lignes directrices normalisées pour la préparation des échantillons, les stratégies d’étalonnage et les conditions de mesure. SHERLOCK jette ainsi les bases d’une méthode d’analyse transférable et évolutive à l’échelle industrielle, pouvant être appliquée de manière fiable tant dans les laboratoires de recherche que dans des applications pratiques. Cette spécification sera également soumise aux comités de normalisation DIN et ISO.
Par ailleurs, le projet évalue le potentiel des chaînes de processus de recyclage hybrides qui combinent spécifiquement des approches directes et hydrométallurgiques. L’objectif est d’exploiter les synergies et d’accroître encore l’efficacité de la récupération des matériaux.
Un consortium solide tout au long de la chaîne de valeur
Parmi les participants au projet figurent l’université de Münster (MEET Battery Research Center), la Physikalisch-Technische Bundesanstalt (Berlin), l’Institut fédéral de recherche et d’essais sur les matériaux (BAM, Berlin), l’Institut Fraunhofer pour la recherche sur les silicates ISC (Wurtzbourg), l’Öko-Institut e.V. (Darmstadt), ainsi que les partenaires industriels Pure Devices GmbH et phase VISION GmbH (tous deux situés à Rimpar). Le consortium bénéficie du soutien de partenaires associés issus du secteur du recyclage, qui fournissent au projet des « black masses » issues de leurs processus de recyclage et apportent un accompagnement thématique.
SHERLOCK permet de franchir une étape décisive vers une économie circulaire fondée sur les données et garantissant la qualité dans le domaine du recyclage des batteries. Le processus de recyclage optimisé et la réintégration efficace des matières premières secondaires dans le cycle de production peuvent également contribuer à réduire les émissions de gaz à effet de serre jusqu’à 25 %. Le projet renforce l’autonomie technologique du secteur et apporte une contribution importante à la transition durable de la mobilité électrique.
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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