La saturation au lithium pour rendre les vieilles batteries neuves

La technologie de stockage de l’énergie jouant un rôle de plus en plus important dans notre vie quotidienne, un rôle qui devrait augmenter considérablement avec l’adoption des véhicules électriques, la disponibilité des matériaux pour fabriquer des batteries lithium-ion, leur élimination en toute sécurité et les stratégies de recyclage sont des préoccupations de plus en plus importantes.

Bien que l’Europe et d’autres régions commencent à introduire des lois exigeant l’utilisation de matériaux recyclés dans la production de batteries, leur extraction économique reste un défi majeur pour les recycleurs : séparer et purifier les matériaux jusqu’au point où ils peuvent être réutilisés nécessite de multiples processus coûteux et énergivores.

Des scientifiques dirigés par l'Université Aalto de Finlande étudiaient initialement les mécanismes de vieillissement de l'oxyde de cobalt et de lithium, couramment utilisé dans les produits électroniques grand public. Une observation les a conduits à explorer de nouvelles méthodes pour prolonger leur durée de vie ou permettre la réutilisation des composants sans le processus complexe de décapage des matières premières. « Nous avons constaté que l'une des principales causes de détérioration des batteries est l'épuisement du lithium dans le matériau des électrodes », explique Tanja Kallio, professeure à l'Université Aalto. « Les structures peuvent néanmoins rester relativement stables ; nous avons donc voulu voir si elles pouvaient être réutilisées. »

L'équipe a développé un procédé d'électrolyse pour reconstituer le lithium des électrodes de batteries, puis a comparé les performances des électrodes ainsi traitées avec celles fabriquées à partir de matériaux neufs. Les résultats sont publiés dans la revue ChemSusChem, dans un article intitulé « Réutilisation des électrodes LiCoO₂ collectées à partir de batteries Li-ion usagées après relithiation électrochimique de l'électrode ».

Le groupe a constaté que le procédé de re-lithiation permettait de restaurer la structure d'origine des électrodes et présentait des propriétés de capacité, de rendement et de cyclabilité légèrement inférieures à celles des batteries neuves. Le groupe a également noté que des procédés d'électrolyse comparables sont déjà utilisés dans diverses industries et que leur approche mériterait également d'être étudiée à l'échelle industrielle.

« En réutilisant les structures des batteries, nous pouvons éviter une grande partie du travail habituel du recyclage et potentiellement économiser de l'énergie », explique Kallio. « Nous pensons que cette méthode pourrait aider les entreprises qui développent le recyclage industriel. »

Pour l'instant, le prochain objectif du groupe de l'Université Aalto sera de tester et d'optimiser son procédé pour l'utiliser avec d'autres chimies de batteries, en particulier les conceptions de cathodes riches en nickel qui sont passées à la production à grande échelle ces dernières années, principalement comme batteries pour véhicules électriques.