fr.wedoany.com Rapport : Une équipe de recherche de l’Université de Californie à San Diego a mis au point un procédé de recyclage permettant de transformer directement les matériaux des batteries usagées au lithium fer phosphate (LFP) en cathodes de lithium manganèse fer phosphate (LMFP), offrant ainsi aux batteries régénérées une capacité de stockage d’énergie supérieure à celle des produits d’origine, tout en conservant la sécurité et la longue durée de vie des batteries LFP.
Les batteries LFP représentent près de la moitié du marché mondial des batteries lithium-ion et sont largement utilisées dans les véhicules électriques et les grands systèmes de stockage d’énergie. Alors qu’un grand nombre de batteries approchent de la fin de leur vie, des solutions de recyclage efficaces et respectueuses de l’environnement deviennent urgentes. Les méthodes de recyclage traditionnelles reposent sur des températures élevées ou des agents chimiques puissants, consomment beaucoup d’énergie et génèrent d’importants déchets et émissions. Wei Li, premier auteur de l’étude et chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Zheng Chen à l’Université de Californie à San Diego, souligne que ces procédés ne sont pas écologiques.
L’équipe avait déjà réussi à restaurer des batteries LFP usagées en matériaux LFP neufs, mais sans modifier leur composition chimique. La nouvelle méthode permet de transformer la cathode en LMFP, qui peut stocker davantage d’énergie, offrant ainsi une utilisation finale de plus grande valeur aux batteries usagées. Zheng Chen, responsable de l’étude, ajoute que ce recyclage amélioré pourrait rendre les batteries en fin de vie plus économiques.
Le processus de recyclage commence par le démontage des batteries et l’extraction des bobines internes. Les chercheurs découpent les bobines en feuilles, les trempent dans l’eau et les agitent doucement pour séparer le revêtement de la cathode de la feuille d’aluminium, qui peut également être recyclée séparément. Le matériau de cathode séparé est séché, broyé en une fine poudre noire, puis additionné de lithium, de manganèse et de phosphate comme précurseurs du LMFP.
Le principal défi réside dans l’incompatibilité des sels ajoutés avec la structure cristalline du matériau LFP d’origine ; un mélange direct entraîne une distribution atomique inégale et une dégradation des performances électrochimiques. Pour y remédier, l’équipe a d’abord préparé un composé intermédiaire, le lithium manganèse phosphate (LMP), dont la structure cristalline est similaire à celle du LFP. Après un broyage fin et un mélange de la poudre, le mélange est chauffé : le LMP se forme d’abord et se mélange uniformément au LFP, les atomes de manganèse remplaçant progressivement une partie du fer, générant une structure LMFP homogène. Une fine couche de carbone se forme également à la surface de chaque particule, améliorant la conductivité et protégeant le matériau lors de nombreux cycles de charge et décharge.
Le matériau LMFP amélioré a montré d’excellentes performances dans les piles bouton de laboratoire et dans les piles souples simulant des applications réelles, ces dernières étant plus proches des conditions d’utilisation des véhicules électriques et des grands systèmes de stockage d’énergie. Les chercheurs ont testé le procédé avec des batteries LFP usagées provenant de différents fabricants et l’ont mis à l’échelle au niveau du kilogramme. L’équipe prévoit d’améliorer encore l’efficacité du procédé, la composition des matériaux et la structure en vue d’un recyclage à grande échelle.
Cette étude a été publiée dans la revue Joule.
