Face à l'essor des véhicules électriques (VE) et à la demande croissante en batteries lithium-ion, la gestion des déchets de batteries est devenue un enjeu environnemental majeur. Des chercheurs de l'Université Rice, dirigés par James Tour, ont mis au point une méthode innovante de recyclage qui pourrait révolutionner ce domaine en réduisant les coûts et les impacts environnementaux liés à ces processus.
Les méthodes traditionnelles de recyclage des batteries reposent sur des procédés thermiques ou chimiques intensifs, coûteux et polluants. Face à ces défis, l'équipe de Rice a développé une technique novatrice nommée "chauffage flash par effet Joule" (FJH). Ce procédé consiste à faire passer un courant électrique à travers un matériau modérément résistant pour le chauffer rapidement et le transformer en d'autres substances.
En appliquant cette technique, les chercheurs ont réussi à chauffer des déchets de batteries à 2 500 kelvins en quelques secondes. Ce chauffage rapide a permis de créer des structures uniques avec des cœurs stables et des enveloppes magnétiques. Ces caractéristiques magnétiques ont facilité la séparation et la purification des matériaux actifs des batteries.
Lors de cette séparation, les cathodes de batteries à base de cobalt, largement utilisées dans les véhicules électriques et associées à des coûts environnementaux et sociaux élevés, ont révélé une magnétisation inattendue dans les couches externes de l'oxyde de cobalt spinelle. Cela a simplifié leur extraction et leur purification, aboutissant à un taux de récupération des métaux de batterie atteignant 98 %. De plus, la structure des matériaux des batteries est restée stable, permettant leur réutilisation potentielle dans de nouvelles cathodes.
L'étude met en lumière les avantages environnementaux et économiques de cette nouvelle méthode par rapport aux techniques traditionnelles de recyclage destructif. En outre, le processus FJH pourrait être intégré à un système continu pour le recyclage des batteries lithium-ion usagées, offrant ainsi une solution prometteuse à la gestion des déchets de batteries.
Les travaux récents montrent également que cette méthode peut être utilisée pour régénérer efficacement l'anode en graphite à partir du graphite usé, ce qui laisse entrevoir une solution globale pour le recyclage des cathodes et des anodes des batteries. Avec la possibilité de produire une tonne de matériaux par jour, ce procédé pourrait minimiser la dépendance aux minerais nouvellement extraits pour la fabrication des batteries lithium-ion.