Nouvelle méthode pour extraire de l'hydroxyde de lithium prêt à l'emploi à partir de cellules mortes

Alors que le monde se tourne rapidement vers les véhicules électriques, la question de la gestion de la montagne croissante de batteries usagées devient de plus en plus urgente. Le lithium, composant critique de ces batteries, est difficile et coûteux à extraire et à raffiner, et son recyclage propre reste un défi persistant. Traditionnellement, les méthodes de recyclage reposent fortement sur la fusion ou des traitements chimiques agressifs, produisant souvent du carbonate de lithium au lieu de l'hydroxyde de lithium plus souhaitable. Ce carbonate nécessite ensuite une conversion supplémentaire avant de pouvoir être réutilisé par les fabricants de batteries, ajoutant des étapes, des coûts et des déchets supplémentaires.\n\nUne équipe d'ingénieurs de l'université Rice a abordé le problème du recyclage sous un nouvel angle en posant une question assez simple : pourquoi ne pas recycler le lithium de la même manière qu'il est libéré de la batterie lors de la charge ? Cette idée a conduit à une nouvelle méthode qui évite les traitements habituels à haute température ou aux acides agressifs. Leur procédé utilise un réacteur électrochimique qui imite la chimie de la batterie, extrayant les ions lithium des matériaux cathodiques usagés, comme le phosphate de fer lithium, en appliquant un courant électrique. Ces ions lithium traversent ensuite une membrane fine dans de l'eau où ils réagissent instantanément avec des ions hydroxyde produits à l'électrode opposée, formant de l'hydroxyde de lithium de haute pureté. Aucun produit chimique supplémentaire n'est nécessaire.\n\nCette approche est élégante car elle n'utilise que de l'électricité, de l'eau et les déchets de batterie — communément appelés masse noire — pour produire directement l'hydroxyde de lithium à la source. Le procédé est également économe en énergie, consommant aussi peu que 103 kilojoules par kilogramme de masse noire, soit environ dix fois moins que les méthodes conventionnelles de lixiviation acide (sans compter le traitement supplémentaire requis par ces méthodes). Fait important, l'équipe ne s'est pas arrêtée aux expériences en laboratoire. Ils ont réalisé un test de durabilité de 1 000 heures sur un réacteur compact de 20 centimètres carrés, traitant avec succès 57 grammes de masse noire industrielle fournie par TotalEnergies.\n\nL'hydroxyde de lithium obtenu était pur à plus de 99 %, et le procédé a maintenu un taux de récupération du lithium proche de 90 % tout au long du test. De plus, la technique a montré sa polyvalence en fonctionnant bien sur diverses chimies de batteries, y compris l'oxyde de manganèse lithium et plusieurs mélanges nickel-manganèse-cobalt. Ils ont même démontré un procédé en continu où des électrodes entières de phosphate de fer lithium, encore sur leur support en aluminium, ont été traitées directement, évitant le besoin de grattage ou de prétraitement. Cette démonstration en continu montre comment la technologie pourrait s'intégrer dans des lignes automatisées de démontage de batteries, rendant le recyclage plus fluide.\n\nÀ l'avenir, l'équipe vise à augmenter l'échelle en empilant les réacteurs pour traiter des volumes plus importants, en augmentant la charge de masse noire par cycle, et en développant des membranes plus sélectives qui repoussent mieux l'eau. Ils souhaitent également améliorer les étapes de post-traitement de concentration et de cristallisation de l'hydroxyde de lithium pour réduire encore la consommation d'énergie et les émissions. Les chercheurs estiment qu'en relevant ces prochains défis, ils pourront rendre le recyclage du lithium plus propre, plus simple et plus durable, renforçant ainsi la chaîne d'approvisionnement des nouvelles batteries.\n\nLeurs résultats ont été récemment publiés dans la revue Joule, marquant une avancée significative dans la technologie de recyclage des batteries. Cette innovation raccourcit non seulement le chemin du lithium vers les nouvelles batteries de véhicules électriques, mais réduit aussi les déchets et l'impact environnemental, offrant une solution prometteuse alors que la demande de stockage d'énergie propre continue de croître dans le monde.