Batteries lithium-ion (LIB), qui stockent l’énergie en tirant parti de la réduction réversible des ions lithium, alimentent la plupart des appareils et appareils électroniques actuellement sur le marché. En raison de leur large plage de températures de fonctionnement, de leur longue durée de vie, de leur petite taille, de leurs temps de charge rapides et de leur compatibilité avec les processus de fabrication existants, ces batteries rechargeables peuvent grandement contribuer à l'industrie électronique, tout en soutenant les efforts continus vers la neutralité carbone.

Le recyclage abordable et respectueux de l’environnement des LIB usagées est un objectif recherché depuis longtemps dans le secteur de l’énergie, car il améliorerait la durabilité de ces batteries. Toutefois, les méthodes existantes sont souvent inefficaces, coûteuses ou nocives pour l’environnement.

De plus, les LIB dépendent fortement de matériaux de moins en moins abondants sur Terre, comme le cobalt et le lithium. Les approches permettant l’extraction fiable et rentable de ces matériaux à partir des batteries usagées réduiraient considérablement le besoin de s’approvisionner en ces matériaux ailleurs, contribuant ainsi à répondre à la demande croissante de LIB.

Des chercheurs de l’Académie chinoise des sciences ont récemment mis au point une nouvelle approche basée sur ce qu’on appelle l’électrocatalyse par contact, qui pourrait permettre le recyclage des cellules LIB usagées. Leur méthode, introduite dans Nature Energy, exploite le transfert d'électrons qui a lieu lors de l'électrification par contact liquide-solide pour générer des radicaux libres qui déclenchent les réactions chimiques souhaitées.

"Avec la tendance mondiale vers la neutralité carbone, la demande de LIB ne cesse d'augmenter", ont écrit Huifan Li, Andy Berbille et leurs collègues dans leur article. "Cependant, les méthodes de recyclage actuelles des LIB usagés doivent être améliorées de toute urgence en termes de respect de l'environnement, de coût et d'efficacité. Nous proposons une méthode mécano-catalytique, appelée électro-catalyse par contact, utilisant les radicaux générés par l'électrification par contact pour favoriser la lixiviation des métaux. sous l'onde ultrasonore, nous utilisons également du SiO2 comme catalyseur recyclable dans le processus.

Dans le cadre de leur récente étude, Li, Berbille et leurs collègues ont entrepris d'explorer la possibilité que l'électrocatalyse par contact puisse remplacer les agents chimiques généralement utilisés pour recycler les LIB. Pour ce faire, ils ont utilisé cette technique pour provoquer un contact continu solide-liquide et une séparation à travers des bulles de cavitation, sous des ondes ultrasonores.

Cela a permis la génération constante d’oxygène réactif grâce à l’électrification des contacts. Ils ont ensuite évalué l’efficacité de cette stratégie de recyclage du lithium et du cobalt dans les LIB usés.

"Pour les batteries au lithium-oxyde de cobalt (III), l'efficacité de lixiviation a atteint 100 % pour le lithium et 92,19 % pour le cobalt à 90°C en six heures", ont écrit Li, Berbille et leurs collègues dans leur article. "Pour le ternaire batteries à lithium, les efficacités de lixiviation du lithium, du nickel, du manganèse et du cobalt ont atteint respectivement 94,56 %, 96,62 %, 96,54 % et 98,39 % à 70 °C, en six heures. »

Lors des premiers tests, l'approche proposée par cette équipe de chercheurs a obtenu des résultats très prometteurs, soulignant son potentiel pour soutenir le recyclage à faible coût, durable et à grande échelle des matériaux coûteux et très recherchés à l'intérieur des LIB. De futures études pourraient contribuer à perfectionner cette méthode, tout en évaluant davantage ses avantages et ses limites, ouvrant ainsi la voie à son déploiement dans des contextes réels.

"Nous prévoyons que cette méthode peut fournir une approche verte, à haute efficacité et économique pour le recyclage des LIB, répondant à la demande exponentiellement croissante pour les productions de LIB", ont écrit les chercheurs dans leur article.