CE05 - Une énergie durable, propre, sûre et efficace

Recyclage des batteries Li/Li ion : un nouveau concept basé sur la solubilité et la valorisation (electro)chimique des matériaux en milieu sels fondus – RELIABLE

Recyclage des batteries Li/Li ion

RELIABLE se penche sur le recyclage des batteries au lithium par voie pyrochimique. Il s’agit d’utiliser des sels fondus comme solvant pour dissoudre les batteries, en particulier les cathodes, et récupérer sélectivement les différents métaux. Le sel sélectionné est un mélange eutectique de carbonates d’alcalin mais d’autres sels oxydants seront aussi étudiés. Le projet est de construire la base de connaissance nécessaire au développement d’un procédé et d’un pilote de laboratoire.

un nouveau concept basé sur la solubilité et la valorisation (electro)chimique des matériaux en milieu sels fondus

En raison de la propagation rapide des appareils électroniques portables à durée de vie limitée, de nombreux pays sont submergés par des déchets de batterie encombrants. Pour atténuer les risques d'approvisionnement et les impacts environnementaux, le recyclage est devenu obligatoire, comme l'illustrent les récentes lois européennes imposant le recyclage des batteries lithium-ion. Le recyclage permet de réduire les impacts de production (émissions de gaz, problèmes d'exploitation et d'extraction, économie d'énergie). Actuellement, le traitement secondaire de la batterie repose principalement sur des procédés pyrométallurgiques et dans une moindre mesure sur des traitements hydrométallurgiques. Les sels fondus pourraient offrir des avantages significatifs par rapport aux traitements pyrométallurgiques et hydrométallurgiques. Notre projet vise à fournir des bases scientifiques solides pour établir la faisabilité d'un processus de recyclage pyrochimique utilisant des sels fondus comme solvants pour le traitement des batteries au lithium usagées. Pour cela, nous devons d'abord établir le socle scientifique fondamental.

(i) Sélection de la chimie du sel fondu. Les sels fondus englobent une grande famille présentant différentes propriétés physico-chimiques. Il est nécessaire d'évaluer le sel fondu le plus adapté ayant la double propriété de pouvoir solubiliser le matériau de l'électrode, décomposer les composés organiques présents dans la batterie et permettre la récupération des métaux.
(ii) Etude de la structure liquide des sels fondus et de la spéciation des espèces métalliques. La connaissance de la spéciation des ions métalliques dans les sels fondus est d'une importance primordiale car elle a dicté leurs propriétés physico-chimiques telles que le potentiel de réduction des métaux. Cette étude sera réalisée au moyen d'expériences basées sur le synchrotron et de simulations de dynamique moléculaire.
(iii) Analyse de la dégradation des composés organiques des batteries dans les sels fondus. Les mécanismes de décomposition du liant seront étudiés.
(iv) Récupération des métaux. Les métaux peuvent être récupérés par électrodéposition ou précipitation.

- Développement d'une nouveau dispositif pour l'étude in situ par spectroscopie d'absorption des rayons X de la dissolution du cobalt de la cathode en sels fondus oxydants (carbonates, hydrogénosulfates et hydroxydes)
- Proposition d'une voie sélective pour récupérer le cobalt des matériaux des batteries cathodiques à l'aide d'hydrogénosulfates.

Les outils permettant de comprendre la dissolution des matériaux de cathode de batterie au lithium dans les sels fondus ont été développés. Il sera désormais possible de caractériser les mécanismes d'évolution de l'état d'oxydation des métaux et leur dissolution dans des sels fondus sélectionnés. Cela aidera à concevoir la méthode la plus appropriée pour récupérer les métaux critiques des déchets.
Une voie utilisant l'hydrogénosulfate a été évaluée sur un composé pur. Il sera maintenant important de tester la méthode sur la matière noire (résidu de la première étape du processus de recyclage des batteries).
La dégradation / recyclage de la matière organique contenue dans la batterie doit être étudiée. De plus, son impact sur la récupération des métaux doit être évalué.

RELIABLE se penche sur le recyclage des batteries au lithium par voie pyrochimique. Il s’agit d’utiliser des sels fondus comme solvant pour dissoudre les batteries, en particulier les cathodes, et récupérer sélectivement les différents métaux. Le sel sélectionné est un mélange eutectique de carbonates d’alcalin mais d’autres sels oxydants seront aussi étudiés. Le projet est de construire la base de connaissance nécessaire au développement d’un procédé et d’un pilote de laboratoire. Dans un premier temps, la solubilité des différentes espèces métalliques et de la spéciation des espèces dans le bain seront déterminées en fonction de plusieurs paramètres tels que l’oxo-acidité du bain et des espèces additionnelles – type phosphate. Dans un deuxième temps, les différentes de voies de récupération des métaux seront explorées, en particulier l’électrodéposition. Des études électrochimiques approfondies seront donc menées sur ces systèmes. Enfin un pilote de laboratoire sera proposé.

Coordination du projet

Anne-Laure Rollet (PHysicochimie des Electrolytes et Nanosystèmes InterfaciauX)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

IRCP Institut de Recherche de Chimie Paris
PHENIX PHysicochimie des Electrolytes et Nanosystèmes InterfaciauX

Aide de l'ANR 465 712 euros
Début et durée du projet scientifique : novembre 2018 - 48 Mois

Liens utiles

Explorez notre base de projets financés

 

 

L’ANR met à disposition ses jeux de données sur les projets, cliquez ici pour en savoir plus.

Inscrivez-vous à notre newsletter
pour recevoir nos actualités
S'inscrire à notre newsletter