Bien que l’industrie du recyclage des batteries ne soit pas encore florissante, elle est promise à un essor important une fois que les batteries actuelles des véhicules électriques arriveront en fin de vie. D’ici là, il se pourrait que cette nouvelle méthode de récupération des métaux cathodiques soit exploitée dans ce secteur. Celle-ci s’annonce moins coûteuse et plus écologique comparée aux techniques de recyclage actuelles.
L’essor des véhicules électriques entraîne une augmentation exponentielle de la demande pour les batteries lithium. Si en 2022, le marché de ces dispositifs de stockage était évalué à 46 milliards de dollars, il devrait atteindre 190 milliards de dollars d’ici 2032. Le contexte actuel ne stimule pas uniquement le développement de l’industrie de fabrication, mais surtout aussi celle du recyclage des batteries. En effet, les cathodes usagées contiennent différents matériaux essentiels tels que le lithium et le cobalt. Ces éléments sont nocifs pour l’environnement, en plus d’être coûteux à extraire. En comparaison, les anodes sont principalement composées de graphite, un matériau plus respectueux. Face à ces enjeux, les nouvelles recherches en matière de recyclage des déchets cathodiques fusent. Aux États-Unis, des chercheurs de l’Université de Rice, au Texas, ont développé une méthode de recyclage qui permettrait de récupérer jusqu’à 98 % des matériaux usagés.
Un chauffage flash Joule
La nouvelle méthode de recyclage utilise un processus appelé « chauffage flash Joule » (ou FJH pour « flash Joule heating »). Dans ce procédé, les déchets cathodiques sont, dans un premier temps, mélangés avec des additifs conducteurs, tels que le noir de carbone ou le graphite. Ces additifs entourent alors les particules des cathodes. Ensuite, un courant électrique est appliqué au mélange pendant moins de 300 millisecondes. Sous l’effet de l’énergie, les additifs s’échauffent et transmettent la chaleur aux matériaux cathodiques qu’ils enrobent. Cela facilite alors la désagrégation des particules des déchets, simplifiant ainsi les étapes suivantes.
Grâce à cette technique, les particules restent complètement intactes et conservent leur structure cristalline, ce qui représente un avantage majeur de cette méthode. Elles peuvent ensuite être récupérées facilement à l’aide d’un aimant, sachant que 90 % du mélange est ferromagnétique. Les 10 % restants peuvent être traités de nouveau par le FJH. Après ces étapes, les éléments récupérés sont soumis à un processus appelé relithiation, qui consiste à les enrichir en lithium pour pouvoir constituer une nouvelle cathode resynthétisée.
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Pour comprendre l’intérêt du FJH développé par les chercheurs américains, il est essentiel de connaître les limites des méthodes de recyclage actuelles. En France, deux techniques sont courantes : la pyrométallurgie, qui consiste à chauffer les déchets à très haute température, et l’hydrométallurgie, basée sur l’utilisation de solutions aqueuses. Ces deux procédés permettent de récupérer et de purifier les métaux, mais ont pour inconvénient de « détruire » les particules qui se retrouvent notamment avec une structure tridimensionnelle impactée. Cela rend la relithiation plus coûteuse et augmente ainsi le coût total du recyclage. De plus, contrairement au FJH, ces processus émettent une quantité significative de gaz à effet de serre et génèrent des déchets secondaires.
Il existe également une autre méthode dite « recyclage direct » qui préserve l’intégrité de la structure des matériaux. Cependant, selon les chercheurs, la cathode resynthétisée issue de cette technique serait moins performante et la batterie peut rapidement perdre de sa capacité initiale. En comparaison, les résultats des études réalisées par ces scientifiques montrent que la cathode recyclée via le FJH présente des performances comparables à celles des cathodes neuves.
Vers des batteries plus écologiques
Les batteries lithium sont en majeure partie conçues pour alimenter une technologie essentielle qui devrait accélérer la transition énergétique : les véhicules électriques. Cependant, l’extraction des matières premières nécessaires à ces dispositifs présente des impacts importants sur l’environnement, tels que la contamination de l’air, des sols et des eaux. À cela s’ajoute le risque d’épuisement imminent des ressources, compte tenu de la croissance rapide de la demande. Ainsi, un modèle de production plus éthique est requis dans l’industrie, et dans ce cadre, le recyclage apparaît comme la meilleure solution.
C’est pourquoi l’Union européenne a initié une nouvelle réglementation imposant aux fabricants de récupérer au moins 63 % des matériaux des batteries en fin de vie en 2027. Pour les batteries au lithium en particulier, le taux exigé est de 50 % pour le lithium et 90 % pour le cobalt, le cuivre, le plomb et le nickel. Suite à cette régulation, les nouvelles batteries intégreront obligatoirement dans quelques années un taux minimum de matériaux recyclés. Un procédé de récupération efficace (à en croire les résultats de l’étude) comme celui de cette nouvelle recherche pourrait donc jouer un rôle crucial pour répondre à ces exigences européennes.
