Un processus mécano-chimique recycle les batteries lithium-ion usagées en utilisant du CO₂ à température ambiante

Chaque année, le nombre de batteries lithium-ion augmente, atteignant 7,8 milliards au niveau mondial pour la seule année 2016, alors que la plupart des pays en développement ne disposent pas de réglementations appropriées en matière de recyclage. Avec des milliards de batteries lithium-ion utilisées dans le monde, la marée croissante de batteries usagées crée de sérieux risques pour l'environnement et la santé.

Des chercheurs de l'Académie chinoise des sciences et de l'Institut de technologie de Pékin ont dévoilé une stratégie révolutionnaire "trois en un" pour lutter contre la crise mondiale croissante des batteries lithium-ion usagées. Publiée dans Nature Communications, l'étude décrit un processus qui permet de récupérer les métaux critiques à température ambiante sans recourir aux fours énergivores ou aux acides agressifs généralement nécessaires au recyclage.

L'avancée est centrée sur le traitement mécano-chimique, un processus de broyage à billes à haute énergie qui induit un désordre cationique dans la structure atomique de la batterie. Cette force mécanique déclenche une microségrégation qui pousse les atomes de lithium vers la surface tout en concentrant les métaux de transition tels que le nickel et le cobalt au cœur de la pile. Ce réarrangement rend le lithium très réactif, ce qui permet son extraction sélective.

Pour récupérer le métal, l'équipe a introduit un mélange d'eau et de dioxyde de carbone (_CO2) sous pression. Le_CO2 agit comme un réactif de lixiviation, réagissant avec la surface riche en lithium pour former du bicarbonate de lithium de grande pureté. Cette méthode permet de récupérer plus de 95 % du lithium tout en isolant efficacement le_CO2, empêchant ainsi ce gaz à effet de serre de pénétrer dans l'atmosphère.

Cette stratégie résout également le problème des déchets secondaires. Au lieu de jeter les déchets métalliques restants, le processus les recycle en catalyseurs de réaction d'évolution de l'oxygène (OER) à haute performance pour la production d'hydrogène vert. Lors des essais, ces catalyseurs ont démontré un faible surpotentiel de 322 mV et sont restés stables pendant plus de 200 heures de fonctionnement.

En fonctionnant à la température et à la pression ambiantes, le système élimine les déchets liquides toxiques et l'empreinte carbone élevée associés à la pyrométallurgie et à l'hydrométallurgie traditionnelles. Les chercheurs estiment que cette méthode en boucle fermée, particulièrement efficace pour les systèmes de cathode à forte teneur en nickel, constitue une solution durable à l'échelle industrielle permettant de faire le lien entre la gestion des déchets des batteries et la conversion en énergie renouvelable.