Les minéraux critiques qui alimentent les batteries lithium-ion sont très demandés et rares, dans de nombreux pays qui doivent importer des ressources comme le nickel et le cobalt pour fabriquer cette technologie. Des chercheurs de l’université Cornell ont mis au point une méthode plus efficace et économique pour redonner presque toute leur capacité à ces batteries après leur utilisation. Grâce à une solution électrochimique permettant de régénérer leurs électrodes, les batteries recyclées peuvent récupérer jusqu’à 95 % de leur puissance initiale et durer plus longtemps lors de leur réutilisation, ont démontré les chercheurs.
Ce procédé pourrait également réduire de 56 % les coûts actuels de recyclage et serait plus respectueux de l’environnement que les méthodes actuelles.
Les résultats ont été publiés le 9 juin dans la revue Energy and Environmental Science . L’auteur principal de l’étude est le chercheur postdoctoral Kiwon Kim.
Depuis des décennies, l’industrie des batteries s’appuie sur une approche linéaire « extraire-fabriquer-jeter » qui aboutit à l’enfouissement des batteries usagées dans des décharges, où leurs toxines peuvent se répandre dans l’environnement ou provoquer des incendies, selon Vibha Kalra , Ph.D. ’09, professeure Fred H. Rhodes de génie chimique au Cornell Duffield College of Engineering, qui a dirigé le projet.
Mais il faut également tenir compte des tensions qui pèsent sur la chaîne d’approvisionnement.
« Lorsque les batteries lithium-ion sont apparues, personne ne pensait à la rareté de ces minéraux dans la croûte terrestre et à l’impossibilité de les produire indéfiniment », a déclaré Kalra. « Ces dernières années, on prend conscience qu’on ne peut pas continuer à fabriquer des batteries à l’infini, faute de matières premières suffisantes. Et il existe évidemment de nombreuses vulnérabilités géopolitiques, car les États-Unis, en particulier, ne possèdent que de faibles réserves. »
La méthode traditionnelle de recyclage des batteries lithium-ion, explique-t-elle, est une méthode brutale : les batteries sont soit fondues à haute température (pyrométallurgie), produisant un alliage et des scories dont on extrait ensuite les métaux précieux, soit broyées et réduites en une masse noire pulvérulente traitée par hydrométallurgie, un procédé utilisant des acides puissants pour récupérer les éléments critiques.
Les composants doivent ensuite être entièrement resynthétisés et refabriqués – une procédure coûteuse et longue qui allonge le « cycle de recyclage », c’est-à-dire le circuit qui permet de maintenir les ressources recyclées dans le système plutôt que de les envoyer en décharge. De plus, comme les États-Unis et d’autres pays ne disposent pas des infrastructures nécessaires à l’extraction, au raffinage et à la synthèse de l’électrode, de nombreuses étapes de ces longs processus ne peuvent être réalisées localement.
L’équipe de Kalra a mis au point une méthode appelée régénération directe électrode-à-électrode (DEER: direct electrode-to-electrode regeneration) qui consiste à retirer les électrodes individuelles d’une batterie usagée, encore intactes et fixées au collecteur de courant, puis à les placer dans une cellule séparée contenant une solution électrochimique : la 1,3-diméthyl-2-imidazolidinone. Cette solution dissout l’épaisse couche isolante, appelée interface électrolyte solide, qui se forme progressivement entre la cathode et l’anode au fil des cycles de charge et de décharge, réduisant ainsi la capacité de la batterie.
« Nous les réparons telles quelles, sans les broyer ni les réduire en poudre, puis nous les réintégrons dans une nouvelle batterie », explique Kalra, directrice du corps professoral Kathy Dwyer Marble et Curt Marble au Cornell Atkinson Center for Sustainability, qui a soutenu la recherche. « La dissolution est ce qui permet à la batterie de retrouver sa capacité. Elle affiche un taux de récupération de 95 %. Nous raccourcissons donc considérablement le cycle de vie de la batterie. »
Kalra et Kim ont collaboré avec Shuwen Yue , professeur adjoint à la RF Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering et co-auteur de l’article, qui les a aidés à mieux comprendre la dynamique de solvatation lors de la dissolution de l’interface. Ensuite, à l’aide d’un logiciel libre développé par leurs collaborateurs de recherche au ReCell Center du Laboratoire national d’Argonne, l’équipe a réalisé des analyses technico-économiques et d’impact environnemental afin de déterminer l’impact potentiel du DEER.
L’analyse a montré que cela permettrait de réduire de 56 % le coût de fabrication des cellules recyclées et de diminuer les émissions de polluants atmosphériques nocifs ainsi que la consommation d’eau par rapport aux procédés pyrochimiques et hydrochimiques.
La prochaine étape consistera à démontrer l’efficacité de la technologie DEER sur les batteries industrielles et à cibler d’autres formes de dégradation des batteries, telles que la perte de lithium.
« Actuellement, les batteries usagées que nous traitons présentent un état de fonctionnement de 70 à 80 %, ce qui est typique pour les véhicules électriques », a déclaré Kalra. « Nous pouvons donc améliorer cette marge si nous parvenons à agir sur certains autres mécanismes de dégradation. »
https://news.cornell.edu/stories/2026/06/electrochemical-bath-recycles-critical-minerals-batteries
