La seconde vie des batteries lithium-ion pourrait propulser les futures missions spatiales
par Robert Schreiber
Berlin, Allemagne (SPX) 19 septembre 2024
L’utilisation des batteries lithium-ion dans le monde a doublé au cours des quatre dernières années, contribuant ainsi à un quantity croissant de déchets dangereux liés aux batteries. Cette augmentation souligne le besoin pressing de options de recyclage plus efficaces. Des scientifiques de plusieurs instituts de recherche polonais, dont l’Université des sciences et applied sciences de Bydgoszcz (PBS), l’Institut de recherche technologique fondamentale de l’Académie polonaise des sciences, l’Institut de chimie physique du PAS à Varsovie et l’Université des sciences et applied sciences de Wroclaw, ont présenté une approche prometteuse dans la revue « ChemElectroChem ».
La recherche s’est concentrée sur les matériaux carbonés extraits des électrodes des batteries lithium-ion (LIB) usagées. L’équipe a utilisé un processus de lixiviation acide pour récupérer les métaux précieux de ces électrodes. En fonction des circumstances expérimentales, les matériaux carbonés extraits retenaient des traces de métaux comme le cobalt, couramment utilisé en catalyse. L’objectif était de réutiliser ces matériaux pour les utiliser dans des processus catalytiques, avec un accent particulier sur la manufacturing de peroxyde d’hydrogène.
« Le peroxyde d’hydrogène est l’une des molécules chimiques fondamentales, essentielles à de nombreuses industries. La manufacturing à grande échelle de cette substance nécessite généralement des pressions et des températures élevées, des catalyseurs coûteux et divers électrolytes toxiques. Notre objectif était de développer une méthode de manufacturing plus respectueuse de l’environnement. peroxyde d’hydrogène : plus précisément, une approche électrochimique utilisant des catalyseurs dérivés de batteries lithium-ion usagées », explique le Dr Eng. Magdalena Warczak (PBS), chef de projet et auteur principal.
Les checks électrochimiques de l’équipe ont démontré que les nanostructures de carbone et le cobalt récupérés des batteries présentaient des propriétés catalytiques pour la réaction de réduction de l’oxygène. Cependant, ces propriétés étaient influencées par la composition et la construction de l’échantillon, déterminées par les sorts de bains de gravure utilisés pour nettoyer les électrodes extraites.
« Pour les purposes futures potentielles, la découverte cruciale est que, sur la base des données recueillies lors d’expériences utilisant une électrode rotative, nous avons pu déterminer le nombre d’électrons impliqués dans la réduction d’une seule molécule d’oxygène. La réduction électrochimique de l’oxygène peut se produire avec soit quatre, soit deux électrons. Dans le cas de quatre électrons, de l’eau est produite, mais avec deux électrons, nous obtenons le peroxyde d’hydrogène souhaité. Dans tous les échantillons que nous avons testés, nous avons observé la réduction à deux électrons », explique le Dr Warczak.
Pour garantir l’exactitude, les mesures ont été répétées avec des poudres de batterie en suspension entre deux liquides non miscibles, éliminant ainsi toute affect de l’électrode de carbone vitreuse. La réaction de réduction de l’oxygène s’est produite spontanément à l’interface de ces liquides, avec le liquide organique contenant du décaméthylferrocène, donneur d’électrons. Ces expériences ont confirmé que tous les échantillons catalysaient la manufacturing de peroxyde d’hydrogène, avec des concentrations mesurées par un microscope électrochimique à balayage montrant des niveaux d’un à deux ordres de grandeur supérieurs à ceux des systèmes sans déchets de batteries.
« Les batteries au lithium-ion sont généralement considérées comme une easy supply secondaire de matériaux carbonés, principalement de graphite, et de métaux comme le lithium, le cobalt ou le nickel. Parallèlement, les conclusions de notre groupe démontrent clairement que les déchets de batteries peuvent catalyser la réduction de l’oxygène en peroxyde d’hydrogène. , et à l’avenir, cela pourrait conduire à son utilisation dans la manufacturing de cet essential composé chimique », conclut le Dr Warczak.
Le peroxyde d’hydrogène, que l’on trouve couramment en pharmacie à une focus de 3 % pour désinfecter les plaies, a de nombreuses purposes industrielles. Des options avec une focus allant jusqu’à 15 % sont utilisées dans les produits d’entretien ménager et les cosmétiques, tandis que des concentrations d’environ 30 % sont vitales dans des industries telles que la fabrication de produits chimiques, les pâtes et papiers, les textiles, l’électronique et la transformation alimentaire. Le peroxyde d’hydrogène sert également d’oxydant pour les carburants, notamment les propulseurs de fusée. Au cours des années 1940, il a été utilisé pour la première fois dans les premières fusées capables d’atteindre l’espace. Récemment, du peroxyde d’hydrogène à des concentrations supérieures à 98 % a propulsé une fusée suborbitale construite par l’Institut de l’aviation Lukasiewicz de Varsovie.
La recherche sur la manufacturing de peroxyde d’hydrogène à partir de batteries lithium-ion usagées, initialement financée par une subvention SONATA du Centre scientifique nationwide polonais, se poursuivra en mettant l’accent sur l’amélioration de l’efficacité des réactions électrochimiques à utilization industriel. L’équipe prévoit également d’explorer la réduction à quatre électrons pour des purposes potentielles dans les piles à flamable.
Rapport de recherche :Aperçu de l’activité catalytique élevée des déchets de batteries Li-ion en vue de la réduction de l’oxygène en peroxyde d’hydrogène
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Université des sciences et applied sciences de Bydgoszcz
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