Recyclage des cathodes usagées par procédé électrothermique rapide. un Schéma du processus de recyclage destructif et non destructif, classé selon que l’intégrité de la structure tridimensionnelle de la cathode est conservée ou non. L’étape finale de resynthèse est présentée pour mettre en évidence les précurseurs individuels de chaque méthode. b Schéma sur le processus de chauffage par effet Joule flash. c Le graphique radar lié à la comparaison entre différentes stratégies de recyclage. d Courbe de temps actuel et et Mesure de température en temps réel obtenue à partir de déchets cathodiques. F Diagramme d’Ellingham du monoxyde de carbone et de divers oxydes métalliques. g Réponse magnétique des déchets cathodiques (CW, noir), partie ferromagnétique des déchets cathodiques par chauffage par effet Joule (FJH-CW, orange) et partie non ferromagnétique (non magnétique, bleu). CW : déchets cathodiques. FJH-CW : déchets cathodiques par chauffage par effet Joule. Hydro : méthode hydrométallurgique. Pyro : méthode pyrométallurgique. Flash : méthode de recyclage par flash. Crédit : Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-50324-x
Une équipe de recherche de l’Université Rice dirigée par James Tour, professeur de chimie TT et WF Chao et professeur de science des matériaux et de nano-ingénierie, s’attaque au problème environnemental du recyclage efficace des batteries lithium-ion dans un contexte d’utilisation croissante.
L’équipe a mis au point une nouvelle méthode pour extraire des matières actives purifiées à partir de déchets de batteries, comme détaillé dans la revue Nature Communications le 24 juillet. Leurs découvertes ont le potentiel de faciliter la séparation et le recyclage efficaces de matériaux de batterie précieux à un coût minime, contribuant ainsi à une production plus écologique de véhicules électriques (VE).
« Avec l’augmentation de l’utilisation des batteries, en particulier dans les véhicules électriques, le besoin de développer des méthodes de recyclage durables est pressant », a déclaré Tour.
Les techniques de recyclage conventionnelles impliquent généralement la décomposition des matériaux des batteries en leurs formes élémentaires par le biais de processus thermiques ou chimiques à forte intensité énergétique, coûteux et ayant des impacts environnementaux importants.
L’équipe a suggéré que les propriétés magnétiques pourraient faciliter la séparation et la purification des matériaux des batteries usagées.
Leur innovation repose sur une méthode appelée chauffage par effet Joule sans solvant (FJH). Cette technique mise au point par Tour consiste à faire passer un courant à travers un matériau moyennement résistif pour le chauffer rapidement et le transformer en d’autres substances.
Grâce à la technologie FJH, les chercheurs ont chauffé les déchets de batterie à 2 500 Kelvin en quelques secondes, créant ainsi des structures uniques avec des coques magnétiques et des structures centrales stables. La séparation magnétique a permis une purification efficace.
Au cours du processus, les cathodes de batterie à base de cobalt, généralement utilisées dans les véhicules électriques et associées à des coûts financiers, environnementaux et sociaux élevés, ont montré de manière inattendue un magnétisme dans les couches externes d’oxyde de cobalt spinelle, permettant une séparation facile.
L’approche des chercheurs a permis d’obtenir un rendement élevé de récupération du métal de la batterie, de 98 %, tout en maintenant la valeur de la structure de la batterie.
« Il est à noter que les impuretés métalliques ont été considérablement réduites après la séparation tout en préservant la structure et la fonctionnalité des matériaux », a déclaré M. Tour. « La structure globale des matériaux de batterie reste stable et est prête à être reconstituée en nouvelles cathodes. »
Les étudiants diplômés de Rice, Weiyin Chen et Jinhang Chen, ainsi que le chercheur postdoctoral et membre junior de la Rice Academy, Yi Cheng, sont les co-auteurs principaux de l’étude.
Plus d’information:
Weiyin Chen et al., Recyclage non destructif des cathodes flash, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-50324-x
Fourni par l’Université Rice
Citation: La méthode de recyclage non destructif des cathodes flash utilise les propriétés magnétiques pour le recyclage des batteries (2024, 24 juillet) récupéré le 24 juillet 2024 à partir de
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