Le recyclage du lithium des anciennes batteries de véhicules électriques pourrait être réalisé à moindre coût grâce à un nouveau procédé électrochimique
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Avec le nombre croissant de véhicules électriques en circulation, les régulateurs et les constructeurs automobiles s'interrogent sur l'utilisation des millions de batteries qui les alimentent une fois usées. Même après leur fin de vie, les batteries des véhicules électriques contiennent du lithium précieux qui pourrait théoriquement être recyclé et utilisé dans de nouvelles batteries. Il est donc crucial de trouver une solution rentable pour y parvenir.
Aujourd'hui, un groupe de chimistes de l'Université du Wisconsin-Madison espère avoir trouvé une solution et ils déposent déjà des brevets et courtisent les constructeurs automobiles mondiaux.
Sur la photo, de gauche à droite, le scientifique Dohwan Nam, le professeur de chimie Kyoung-Shin Choi et l'étudiant diplômé Brian Foster ont mis au point une méthode électrochimique permettant de recycler le lithium contenu dans les batteries lithium-fer-phosphate usagées des véhicules électriques et d'autres applications, sous forme de produits chimiques à base de lithium pur, pour fabriquer de nouvelles batteries. Photo : Jeff Miller / UW–Madison
Les travaux ont été dirigés par Kyoung-Shin Choi , professeur de chimie à l'Université du Wisconsin–Madison, spécialisé dans le développement de procédés électrochimiques à diverses fins. Dans ce cas, Choi et ses collègues ont démontré l'efficacité de l'électrochimie pour extraire le lithium des batteries lithium-fer-phosphate (LFP) usagées, largement adoptées par les principaux constructeurs de véhicules électriques comme Tesla et BYD en Chine.
Les batteries pour véhicules électriques au lithium existent en plusieurs versions. Bien que les batteries LFP aient une densité énergétique inférieure à celle des batteries à base d'éléments comme le nickel, le manganèse et le cobalt, elles sont nettement moins chères à produire et plus sûres à utiliser. En revanche, le fer et le phosphate ne valent pas grand-chose comparés au nickel ou au cobalt, ce qui rend les batteries LFP moins intéressantes du point de vue du recyclage.
« À ce stade, il n’existe aucune méthode économiquement convaincante pour récupérer le lithium des batteries LFP usagées, même si le marché s’oriente vers elles », explique Choi, qui a noté que l’obtention de lithium à partir de mines et de gisements de saumure a de nombreuses conséquences environnementales négatives, même si cela peut être moins cher que le recyclage.
« L'accès à ces ressources naturelles en lithium est également limité », précise Choi. « Nous avons besoin d'une méthode innovante qui rende la récupération du lithium à partir de batteries LFP usagées commercialement viable afin de soutenir une économie circulaire et compétitive des batteries. »
Le problème est devenu d'autant plus pressant pour les constructeurs automobiles mondiaux depuis que l'Union européenne a adopté une nouvelle réglementation visant à réduire l'impact environnemental des batteries. À partir de 2031, les batteries des nouveaux véhicules électriques vendus dans l'UE devront contenir un pourcentage minimum de lithium recyclé.
Une capsule de phosphate de lithium récupérée lors d'une expérience électrochimique menée dans le laboratoire de recherche de Choi. Photo : Jeff Miller / UW–Madison
Les méthodes actuelles de récupération du lithium à partir de batteries usagées dépendent d’une chaleur énergivore ou d’une longue série d’étapes qui consomment beaucoup de produits chimiques et génèrent des déchets importants, explique Choi.
« Ces deux solutions sont économiquement irréalisables pour récupérer le lithium des batteries LFP usagées », explique-t-elle.
Choi a développé un procédé électrochimique en deux étapes, qui ne nécessite aucune condition particulière et minimise les intrants chimiques et les déchets. La première étape consiste à extraire les ions lithium des batteries LFP usagées et à les extraire sélectivement par une électrode de stockage lithium-ion. La seconde étape consiste à libérer les ions lithium extraits dans une solution séparée pour les récupérer sous forme de produits chimiques à base de lithium de haute pureté.
Choi et ses collègues ont démontré la viabilité du procédé en utilisant à la fois une batterie LFP commerciale et de la masse noire, une substance produite industriellement à partir de batteries LFP usagées. Ils ont récemment détaillé le procédé dans la revue ACS Energy Letters et ont déposé un brevet auprès de la Wisconsin Alumni Research Foundation.
Ce travail commence à attirer l'attention des fabricants de batteries et des constructeurs automobiles, qui cherchent de nouvelles solutions pour renforcer la résilience du marché des batteries et s'intéressent à la viabilité commerciale du procédé électrochimique. L'équipe de Choi développe actuellement un prototype de cette technologie afin de répondre à certaines questions en suspens concernant sa commercialisation. Elle crée une start-up dans l'espoir de la voir réussir sa commercialisation.
« La technologie fonctionne, mais il est important de la développer de la manière la plus rentable possible », explique Choi, ajoutant qu’il sera crucial pour une commercialisation réussie de rationaliser la technologie avec d’autres étapes du processus global de recyclage, telles que la production et l’utilisation de la masse noire.