Une méthode efficace, verte et économique pour le recyclage des batteries LFP
| Jerry Huang
Note de l'éditeur : les batteries lithium-ion sont désormais largement utilisées dans une variété d'appareils électroniques, les véhicules électriques et le stockage d'énergie à l'échelle du réseau. La demande mondiale de batteries lithium-ion continue de croître de manière significative. On estime que d’ici 2030, le volume mondial de batteries lithium-ion usagées dépassera 11 millions de tonnes, ce qui deviendra une énorme source de pollution susceptible de menacer sérieusement l’environnement et la santé publique. Dans le même temps, la demande croissante de batteries lithium-ion se traduit par une demande croissante de lithium et de cobalt. D’autre part, la teneur en lithium et en cobalt des cathodes LIB atteint respectivement 15 % et 7 % en poids, ce qui est bien supérieur à celui des minerais et des saumures. Par conséquent, la récupération des éléments métalliques dans les cathodes LIB usagées revêt une grande importance environnementale, sociale et économique. Actuellement, la valorisation des batteries lithium-ion se divise principalement en trois étapes : le prétraitement, l’extraction des métaux et la séparation des métaux. Dans la recherche et le développement de l’étape d’extraction des métaux du procédé de recyclage, le procédé hydrométallurgique est l’une des options les plus viables en raison de son taux de lixiviation élevé des métaux et de la pureté satisfaisante des produits récupérés. Cependant, le procédé n'est pas aussi respectueux de l'environnement ni très économique, car l'utilisation d'acides inorganiques entraîne des sous-produits dangereux ; tandis que les acides organiques nécessitent des agents réducteurs supplémentaires ou des temps de réaction plus longs et des températures plus élevées pour la récupération des métaux.
Les chercheurs de l'équipe de Zhong Lin Wang nous proposent une méthode possible, verte, hautement efficace et économique, pour recycler les LIB, en particulier les batteries LFP.
Abstrait
Le recyclage des batteries au lithium fer phosphate (LFP), qui représentent plus de 32 % de la part de marché mondiale des batteries lithium-ion (LIB), a attiré l'attention en raison de la valeur des ressources en éléments et des préoccupations environnementales. Cependant, les technologies de recyclage de pointe, qui reposent généralement sur des méthodes de lixiviation électrochimiques ou chimiques, présentent des problèmes critiques tels que des procédures fastidieuses, une énorme consommation de produits chimiques/électriques et une pollution secondaire. Nous rapportons ici un système auto-alimenté innovant composé d'un réacteur de recyclage électrochimique LIB et d'un nanogénérateur triboélectrique (TENG) pour le recyclage du LFP usé. Dans le réacteur de recyclage électrochimique LIB, la paire Cl−/ClO− générée électrochimiquement dans une solution de NaCl est adoptée comme médiateur rédox pour décomposer le LFP en FePO4 et Li+ via la réaction de ciblage rédox sans produits chimiques supplémentaires. De plus, un TENG qui utilise des composants mis au rebut des LIB, notamment des boîtiers, des films aluminium-plastique et des collecteurs de courant, est conçu pour minimiser considérablement les polluants secondaires. De plus, le TENG récupère l’énergie éolienne, fournissant une puissance de 0,21 W pour alimenter le système de recyclage électrochimique et charger les batteries. Par conséquent, le système proposé pour recycler les LFP usés présente une pureté élevée (Li2CO3, 99,70 % et FePO4, 99,75 %), des fonctionnalités auto-alimentées, une procédure de traitement simplifiée et un profit élevé, ce qui peut promouvoir la durabilité des technologies LIB.
Référence
http://dx.doi.org/10.1039/D3EE01156A