Une méthode innovante pour (enfin) recycler efficacement les batteries au lithium

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Le recyclage des batteries usagées est une problématique clef pour l’environnement, qui ne date pas d’hier. Une équipe de chercheurs de l’université de l’Illinois à Urbana Champaign vient d’annoncer une avancée majeure en la matière, qui permettrait de séparer efficacement le nickel du cobalt pour les réutiliser.

Les batteries au lithium que contiennent nos ordinateurs, nos téléphones, et une multitude d’appareils électroniques sont de vrais petits trésors. Ils contiennent en effet des composants rares et précieux, qui constituent une ressource non renouvelable.

Comme le soulignent les chercheurs responsables de cette étude, les batteries contiennent des éléments tels que le lithium (5 à 8%), le cobalt (5 à 20%), le nickel (5 à 10%) et le manganèse (10-15%), et les batteries nickel-hydrure métalliques possèdent également une haute teneur en nickel (36-42%) et cobalt (3-5%).

« Il y a donc une urgence croissante à développer des stratégies durables pour récupérer les éléments critiques des ressources secondaires potentiellement précieuses », expliquent-ils dans leur publication. Pour récupérer ces métaux, qui sont imbriqués dans les batteries, il faut opérer une séparation au niveau moléculaire qui peut parfois s’avérer délicate. C’est le cas, par exemple, pour le cobalt et le nickel.

Séparer le cobalt du nickel

schéma explicatif séparation nickel cobalt
Représentation schématique du procédé permettant d’ajuster la sélectivité du cobalt et du nickel dans les procédés d’électrodéposition. © Kwiyong Kim et al.

En effet, le cobalt et le nickel sont deux métaux qui ont des propriétés électrochimiques similaires. Les scientifiques spécifient ainsi qu’ils ont des «potentiels de réduction » proches. Mais qu’est-ce cela signifie vraiment ? Le potentiel d’oxydoréduction est un transfert d’électrons entre deux éléments, amené par une réaction chimique. Dans ce transfert, il y a deux éléments :

  • Le réducteur : il cède des électrons, et subit donc une oxydation.
  • L’oxydant : il capte des électrons, et subit donc une réduction.
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Grossièrement parlant, on peut donc dire qu’en provoquant une réaction chimique, il est possible de faire « bouger des électrons » en fonction de différents critères, et donc potentiellement de les attirer séparément pour « trier » les métaux. Le fait que le cobalt et le nickel aient des potentiels de réduction similaires rend difficile leur tri, tout simplement parce qu’ils vont avoir tendance à réagir de façon similaire à certaines stimulations électrochimiques. Ils vont donc rester « mélangés ».

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C’est au niveau de ces propriétés des métaux que les scientifiques ont choisi d’agir pour permettre leur séparation. Une fois les métaux liquéfiés, ils ont introduit des éléments capables de modifier leur comportement lors de l’électrodéposition. Ils ont pour ce faire utilisé du chlorure concentré, et des électrodes recouvertes de polyélectrolyte chargé positivement. Le polyélectrolyte est une matière polymère ionique, c’est-à-dire qu’elle porte des groupes d’atomes qui ont une charge électrique (les ions).

Une méthode « simple » pour le recyclage des batteries

En appliquant cette méthode, et en ajustant la concentration des composants, les scientifiques ont réussi à séparer les deux métaux en « contrôlant » leurs caractéristiques électrochimiques. Ils se sont alors déposés en couches distinctes.

L’équipe de chercheurs a obtenu une pureté du métal de 96.4% pour le cobalt et 94.1% pour le nickel. Ils soulignent aussi que cette méthode requiert moins de ressources et d’énergie que d’autres procédés chimiques existants, ce qui constitue un atout pour leur découverte. Ils espèrent encore améliorer le procédé à l’avenir.

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Source : Nature communications

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