Le broyage des piles au lithium pourrait-il aider à les recycler ?

Des chercheurs ont récupéré du lithium à partir de batteries à petite échelle en utilisant la force mécanique

Le broyage de vieilles piles pourrait conduire à un moyen à faible consommation d'énergie de recycler le lithium et les autres métaux qu'elles contiennent.

Les batteries lithum-ion sont présentes dans toutes nos technologies personnelles – comme les téléphones, les ordinateurs portables et les écouteurs sans fil – et elles alimentent les véhicules électriques. Sans eux, nos vies seraient très différentes.

Le lithium des batteries rechargeables est actuellement recyclé soit en les chauffant à des températures élevées, soit en les traitant avec des acides concentrés et des solvants organiques. Les estimations de la quantité de lithium recyclée varient, mais les calculs du consultant en batteries au lithium Hans Eric Melin suggèrent que peut-être 15 % du métal des batteries est récupéré.

Oleksandr Dolotko, scientifique des matériaux à l'Institut de technologie de Karlsruhe, en Allemagne, et ses collègues ont utilisé la mécanochimie - l'initiation d'une réaction chimique par la force mécanique du broyage ou du broyage - pour récupérer le lithium des batteries lithium-ion.

Ces batteries contiennent des composés de lithium et d'autres métaux, tels que le cobalt ou le nickel. Bien que l'approvisionnement en ces métaux ne soit pas critique, leur recyclage devient de plus en plus important car les appareils alimentés par batterie sont de plus en plus répandus dans le cadre de la transition des énergies fossiles. L'Union européenne s'est fixé un objectif de 80 % de récupération du lithium pour toutes les batteries d'ici 2031.

L'équipe de Dolotko a développé deux méthodes d'extraction, avec un succès variable. Ils ont d'abord pris le matériau de la cathode d'une batterie au lithium-oxyde de cobalt et l'ont combiné avec la même quantité de papier d'aluminium. Les batteries réelles contiennent de l'aluminium, qu'elles utilisent comme « collecteur de courant » pour permettre aux électrons de sortir de la batterie. Les chercheurs ont mélangé les composés à l'aide d'un broyeur appelé broyeur à billes. Au bout de 3 heures, l'aluminium avait réagi avec le matériau de cathode et produit un mélange d'oxydes d'aluminium insolubles, ainsi que de cobalt métallique et d'oxydes de lithium solubles dans l'eau.

Une méthode de séparation connue sous le nom de lixiviation à base d'eau et de purification supplémentaire a produit le composé de lithium recyclé : le carbonate de lithium, qui peut être utilisé pour fabriquer davantage de batteries.

Mais ces réactions n'ont récupéré que 30 % du métal. "Quelque part, il y a eu une perte de lithium", explique Dolotko. L'équipe de Dolotko a donc peaufiné son expérience. La deuxième version comportait moins d'étapes - elles chauffaient le mélange qui sortait du broyeur à boulets avec de l'eau. Cela a empêché la formation d'oxydes d'aluminium et de lithium insolubles, qui emprisonnent le lithium.

L'équipe a testé les deux processus avec différents matériaux de cathode utilisés dans les batteries, ainsi qu'un mélange de cathodes. Le procédé amélioré a récupéré 75 % du lithium d'un mélange de matériaux de cathode.

La mécanochimie n'est généralement pas utilisée dans les procédés chimiques commerciaux, et la manière exacte dont la force mécanique déclenche les réactions chimiques n'est pas complètement comprise, explique Dolotko. "C'est vraiment difficile de dire comment ça se passe", dit-il. Peut-être que la température augmente à des points spécifiques du processus, ou que le frottement produit des produits intermédiaires, suggère-t-il. Mais le broyage a incité l'aluminium à agir comme agent réducteur, comme il s'y attendait.

Ce processus de recyclage mécanochimique est une démonstration, à l'échelle d'un petit laboratoire, et en tant que tel est une preuve de principe plutôt qu'une technologie qui change la donne, déclare Melin, directeur de Circular Energy Storage, un cabinet de conseil basé à Londres et spécialisé dans le lithium. -marché de la fin de vie des batteries ioniques. Il souligne que le recyclage des batteries est plus compliqué que le simple développement d'une nouvelle technique, et concerne autant l'économie des matières premières que l'adoption des technologies qui utilisent des batteries, telles que les véhicules électriques.

"Nous sommes dans une situation où nous ne savons pas vraiment aujourd'hui d'où viendra le lithium dont nous avons besoin en 2030", déclare Melin.

Dolotko dit qu'il existe des possibilités d'affiner le processus, et il travaille également à extraire d'autres métaux des batteries en même temps, y compris le cobalt et le nickel.

Cet article est reproduit avec permission et a été publié pour la première fois le 29 mars 2022.

Catherine Sandersonest un journaliste indépendant basé à Cornwall, au Royaume-Uni.

Jordan Wilkerson

Melissa C. Lott

John Fialka et E&E News