Recyclage des piles avec de l'acide citrique
Procédé de recyclage très efficace pour les batteries lithium-ion NCM
Un processus simple, très efficace, peu coûteux et respectueux de l'environnement pourrait constituer une voie viable pour le recyclage durable des batteries lithium-ion épuisées : Aucun produit chimique autre que l'acide citrique ne doit être ajouté pour lixivier et séparer plus de 99 % du lithium, du nickel, du cobalt et du manganèse contenus dans les batteries NCM. Le matériau recyclé qui en résulte peut être directement converti en électrodes NCM, rapporte une équipe de chercheurs dans la revue Angewandte Chemie.
Des smartphones aux véhicules électriques, les batteries lithium-ion sont omniprésentes dans notre vie quotidienne. Elles constituent également un élément important de notre transition vers les énergies renouvelables, puisqu'elles sont utilisées pour stocker l'énergie solaire et éolienne excédentaire et la renvoyer sur demande dans le réseau électrique. L'inconvénient est que leur durée de vie limitée entraîne la production d'un grand nombre de piles à combustible usagées qui contiennent des métaux lourds dangereux et d'autres matières dangereuses. En outre, les ressources en métaux s'épuisent.
La plupart des processus de recyclage sont caractérisés par une forte consommation d'énergie, des émissions élevées et des matériaux récupérés limités ou de mauvaise qualité. Ils nécessitent également de très grandes quantités de produits chimiques, sont compliqués et coûteux, et produisent des gaz toxiques et des eaux de ruissellement. La lixiviation à l'aide d'acides biocompatibles tels que l'acide citrique est une alternative à ces procédés. Cependant, les procédés conventionnels (processus de chélation-gel) nécessitent un excès important d'acide, et la valeur du pH doit être constamment ajustée avec de l'ammoniaque, ce qui est compliqué et peu respectueux de l'environnement.
Une équipe de l'université chinoise des mines et de la technologie (Pékin), de l'université de Fuzhou, de l'université de technologie chimique de Pékin et de l'université Tsinghua de Shenzhen (Chine), dirigée par Guangmin Zhou et Ruiping Liu, a mis au point une nouvelle méthode basée sur l'acide citrique pour extraire, séparer et récupérer les métaux des cathodes NCM. Le NCM est un oxyde mixte contenant du nickel, du cobalt et du manganèse dans une structure lamellaire. Les ions lithium sont enfermés entre les couches.
L'astuce de leur méthode : Au lieu d'utiliser un excès d'acide citrique comme dans les méthodes conventionnelles, ils utilisent une quantité relativement faible d'acide citrique. De ce fait, seuls deux des trois groupes acides de l'acide citrique se dissocient. Les protons libérés rompent les liaisons lithium-oxygène, libérant les ions lithium du NCM dans la solution. Les liaisons entre les autres ions métalliques et les ions oxygène sont également rompues. Le nickel, le cobalt et le manganèse pénètrent dans la solution, où ils sont liés en complexes stables par les anions d'acide citrique. Le troisième groupe acide de l'acide citrique réagit ensuite avec le groupe hydroxyle de la même molécule. Une fermeture de cycle se produit dans une réaction d'estérification intramoléculaire (lactonisation de Fischer). Cela facilite la réaction des intermédiaires entre eux pour former un polyester, qui gélifie en particules solides facilement séparables. La consommation d'énergie et les émissions deCO2 sont nettement inférieures à celles des procédés de recyclage hydrométallurgiques conventionnels.
Le gel peut ensuite être chauffé pour brûler le fragment organique. Il en résulte un nouveau cadre lamellaire NCM avec des ions lithium inclus, qui peut être utilisé comme matériau d'électrode de haute qualité.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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