Une équipe de l’Institut coréen de recherche sur l’énergie a mis au point un procédé de recyclage direct capable de séparer les collecteurs de courant des matériaux de cathode usagés.
Le recyclage des batteries de véhicules électriques constitue un enjeu majeur pour réduire la consommation de matières premières et limiter les déchets. Jusqu’à présent, les procédés permettant de récupérer les matériaux actifs des batteries usagées restent complexes, notamment en raison de la difficulté à séparer proprement les matériaux de cathode de leurs collecteurs de courant.
Des chercheurs du Centre de recherche sur l’énergie écologique de Gwangju affirment avoir franchi cette étape grâce à un procédé de « recyclage direct ». Contrairement aux méthodes qui détruisent les matériaux pour récupérer leurs composants, celui-ci vise à régénérer directement les matériaux de cathode afin de leur redonner des performances proches de celles de matériaux neufs.
Le principal obstacle réside dans le collecteur de courant, une fine pièce métallique qui permet au courant électrique de circuler dans la batterie. Il est solidement fixé au matériau de cathode pour résister aux nombreux cycles de charge et de décharge.
Les chercheurs ont découvert qu’une solution à base de diéthylène glycol, chauffée à environ 130 °C, pouvait faciliter cette séparation. Sous l’effet de l’oxydation, le diéthylène glycol se transforme notamment en glycolaldéhyde. Cette réaction réduit l’adhérence entre le matériau de cathode et son collecteur, permettant de les séparer sans recourir à des traitements chimiques particulièrement agressifs.
Cette étape principale prendrait environ 30 minutes. Le traitement thermique et la fabrication des nouvelles électrodes sont ensuite réalisés séparément.
L’intérêt de la méthode ne se limite pas à la séparation des composants. Les chercheurs ont également cherché à restaurer les performances électrochimiques des matériaux de cathode.
Le procédé permet notamment de reconstituer les ions lithium présents dans le matériau grâce aux électrons produits lors de l’oxydation du diéthylène glycol. Lors des essais, les cathodes de batteries NCM ont retrouvé 99,1 % de leur capacité initiale, tandis que les matériaux LFP ont atteint 99,7 %.
Une démonstration menée avec une cellule à poche de 50 Ah a par ailleurs permis de récupérer 127 grammes d’un mélange NCM avec un litre de solution de polyol. Dans un autre essai, un matériau de cathode dégradé provenant d’une batterie de véhicule électrique a vu la capacité de décharge d’une cellule de test progresser de 30,6 à 34,6 mAh après régénération.
Ces résultats suggèrent que les matériaux récupérés pourraient retrouver des caractéristiques proches de celles de matériaux neufs, même si des validations supplémentaires seront nécessaires avant de conclure à une utilisation à grande échelle dans les batteries automobiles.
Pour les chercheurs, l’un des principaux atouts du procédé est de ne pas nécessiter la fusion des matériaux. Le recyclage direct peut ainsi préserver davantage la structure des matériaux de cathode tout en évitant certaines étapes lourdes des procédés conventionnels.
L’équipe souligne également que la méthode ne nécessite pas d’environnement fermé et ne génère pas, selon elle, les eaux usées associées à certains procédés de recyclage. Elle pourrait donc présenter un intérêt pour les installations industrielles.
Il reste toutefois un dernier défi : passer de la démonstration en laboratoire à une production industrielle fiable et économiquement compétitive. Les chercheurs estiment que cette transition demandera encore du temps.
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