Rice développe une méthode efficace de récupération du lithium à partir des déchets de batteries
par Clarence Oxford
Los Angeles Californie (SPX) 30 juil. 2024
Le lithium, souvent appelé « l’or blanc » de l’énergie propre, est un composant essentiel des batteries de toutes tailles, des appareils mobiles aux systèmes de stockage d’énergie à grande échelle. Malgré son abondance, la demande de lithium augmente rapidement en raison de l’essor de l’utilisation des véhicules électriques (VE), des objectifs ambitieux de zéro émission nette et des problèmes géopolitiques complexes. Le marché mondial des batteries lithium-ion (LIB), évalué à plus de 65 milliards de {dollars} en 2023, devrait croître de plus de 23 % au cours des huit prochaines années, ce qui aggravera les défis de l’approvisionnement en lithium.
L’extraction du lithium des batteries usagées est traditionnellement néfaste pour l’environnement et très inefficace. Une équipe de chercheurs de l’université Rice, dirigée par Pulickel Ajayan, s’efforce de résoudre ce problème. Leur étude récente dans Superior Practical Supplies décrit une méthode rapide, efficace et écologique pour récupérer sélectivement le lithium à l’aide de rayonnements micro-ondes et d’un solvant biodégradable. Le procédé permet de récupérer jusqu’à 50 % du lithium des cathodes LIB usagées en seulement 30 secondes, ce qui constitue une amélioration significative par rapport aux applied sciences de recyclage actuelles.
« Nous avons constaté une croissance colossale de l’utilisation des LIB ces dernières années, ce qui soulève inévitablement des inquiétudes quant à la disponibilité des métaux critiques comme le lithium, le cobalt et le nickel qui sont utilisés dans les cathodes », explique Sohini Bhattacharyya, auteur principal de l’étude et chercheur postdoctoral de la Rice Academy au laboratoire de nanomatériaux d’Ajayan. « Il est donc très essential de recycler les LIB usagés pour récupérer ces métaux. »
Les méthodes de recyclage actuelles utilisent souvent des acides agressifs, tandis que les solvants alternatifs respectueux de l’environnement, tels que les solvants eutectiques profonds (DES), sont peu efficaces et peu rentables. De plus, les méthodes existantes récupèrent moins de 5 % du lithium, principalement en raison de la contamination, des pertes au cours du processus et de la nature énergivore de la récupération.
« Le taux de récupération est si faible parce que le lithium est généralement précipité en dernier, après tous les autres métaux. Notre objectif était donc de déterminer remark cibler spécifiquement le lithium », a déclaré Salma Alhashim, autre auteur principal de l’étude et ancienne doctorante de Rice. « Ici, nous avons utilisé un DES qui est un mélange de chlorure de choline et d’éthylène glycol, sachant, grâce à nos travaux précédents, que lors de la lixiviation dans ce DES, le lithium est entouré d’ions chlorure provenant du chlorure de choline et est lixivié dans la resolution. »
Pour extraire des métaux comme le cobalt ou le nickel, il faut à la fois du chlorure de choline et de l’éthylène glycol. Sachant que seul le chlorure de choline absorbe efficacement les micro-ondes, les chercheurs ont plongé les déchets de batterie dans le solvant et les ont exposés au rayonnement des micro-ondes.
« Cela nous a permis de lixivier le lithium de manière sélective par rapport à d’autres métaux », a noté Bhattacharyya. « L’utilisation du rayonnement micro-ondes pour ce processus est comparable à la façon dont un micro-ondes de delicacies chauffe rapidement les aliments. L’énergie est transférée directement aux molécules, ce qui permet à la réaction de se produire beaucoup plus rapidement que les méthodes de chauffage conventionnelles. »
Comparé aux méthodes de chauffage traditionnelles comme le bain d’huile, le chauffage assisté par micro-ondes peut atteindre des rendements similaires près de 100 fois plus rapidement. Par exemple, le procédé par micro-ondes a pris quarter-hour pour extraire 87 % du lithium, tandis que la méthode par bain d’huile a nécessité 12 heures pour atteindre le même taux de récupération.
« Cela montre également que la sélectivité envers des éléments spécifiques peut être obtenue simplement en ajustant la composition du DES », a ajouté Alhashim. « Un autre avantage est la stabilité du solvant : comme la méthode du bain d’huile prend beaucoup plus de temps, le solvant begin à se décomposer, alors que cela ne se produit pas avec les cycles de chauffage courts d’un micro-ondes. »
Cette méthode innovante pourrait améliorer considérablement l’impression économique et environnemental du recyclage des LIB, offrant ainsi une resolution sturdy à un problème mondial croissant.
« Cette méthode améliore non seulement le taux de récupération, mais minimise également l’impression environnemental, ce qui en fait une étape prometteuse vers le déploiement à grande échelle de systèmes de recyclage basés sur le DES pour la récupération sélective des métaux », a déclaré Ajayan, auteur correspondant de l’étude et professeur d’ingénierie Benjamin M. et Mary Greenwood Anderson de Rice et professeur et président du département de science des matériaux et de nano-ingénierie.
Rapport de recherche :Extraction sélective et ultrarapide du lithium assistée par micro-ondes dans un solvant eutectique profond pour le recyclage des cathodes LIB
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