Des chercheurs ont reconfiguré la conception des batteries au lithium à l’état solide afin que tous leurs composants puissent être facilement recyclés. Ils ont testé leur innovation en utilisant des piles bouton, comme illustré ici. Crédit : Poornima Tomy/Penn State
Les batteries lithium-ion rechargeables sont une technologie émergente qui pourrait un jour alimenter les téléphones portables et les ordinateurs portables pendant plusieurs jours avec une seule charge. Offrant une densité énergétique considérablement améliorée, elles constituent une alternative plus sûre aux batteries lithium-ion inflammables actuellement utilisées dans l’électronique grand public, mais elles ne sont pas respectueuses de l’environnement.
Les méthodes de recyclage actuelles se concentrent sur la récupération limitée des métaux contenus dans les cathodes, tandis que tout le reste est gaspillé.
Une équipe de chercheurs de l’université Penn State a peut-être résolu ce problème. Dirigée par Enrique Gomez, doyen adjoint par intérim pour l’équité et l’inclusion et professeur de génie chimique au Penn State College of Engineering, l’équipe a reconfiguré la conception de ces batteries au lithium à semi-conducteurs afin que tous leurs composants puissent être facilement recyclés. Ils ont publié leurs conclusions dans Lettres d’ACS Energy.
« À mesure que le besoin de batteries rechargeables augmente, nous devons réfléchir à la fin de vie de cette technologie », a déclaré Gomez. « Nous espérons que notre travail mettra en lumière les possibilités de recyclage des batteries à semi-conducteurs, à l’aide de certains éléments de conception clés. »
Traditionnellement, la plupart des composants de base des batteries sont jetés car ils se mélangent pendant le processus de recyclage, formant une « masse noire », selon les chercheurs. Cette masse noire est riche en matériaux nécessaires aux batteries, mais les séparer reste un défi. Dans les batteries à l’état solide, l’utilisation d’électrolytes solides aggrave ce problème, car ils se mélangent à la masse noire.
Pour séparer plus facilement ces composants des autres composants métalliques d’une pile bouton, les chercheurs ont inséré deux couches de polymère aux interfaces entre l’électrode et l’électrolyte avant le début du processus de recyclage.
« Nous avons suggéré qu’en dissolvant la couche de polymère pendant le processus de recyclage, on peut facilement séparer l’électrode de l’électrolyte », a déclaré Yi-Chen Lan, doctorant en génie chimique et premier auteur de l’article. « Sans la couche de polymère qui les sépare, l’électrode et l’électrolyte seraient mélangés, ce qui les rendrait difficiles à recycler. »
Une fois les composants séparés avec succès, les chercheurs ont fabriqué un composite avec les métaux et les électrodes récupérés en utilisant le frittage à froid, un processus consistant à combiner des matériaux à base de poudre en formes denses à basse température grâce à une pression appliquée à l’aide de solvants.
Le frittage à froid a été développé en 2016 par une équipe de chercheurs dirigée par Clive Randall, directeur du Materials Research Institute de l’université Penn State et professeur émérite de science et d’ingénierie des matériaux. Gomez et son équipe ont récemment démontré le recyclage d’électrolytes à l’état solide grâce au frittage à froid.
« Nous avons utilisé le frittage à froid pour combiner les électrodes récupérées avec les poudres d’électrolyte solide composite récupérées, puis nous avons reconstruit la batterie avec les couches de polymère ajoutées », a déclaré Po-Hao Lai, doctorant en génie chimique et co-auteur de l’article. « Cela nous permet de recycler toute la batterie, que nous sommes ensuite en mesure de recycler à nouveau après son utilisation. »
Après avoir testé ses performances, ils ont constaté que la batterie reconstruite atteignait entre 92,5 % et 93,8 % de sa capacité de décharge d’origine.
« Bien que la commercialisation des batteries lithium-ion entièrement solides en soit encore à ses débuts, nos travaux apportent des informations et des idées importantes pour la conception de versions recyclables de ces batteries », a déclaré Lan. « Bien que nous n’en soyons pas encore tout à fait là, l’objectif à long terme est d’appliquer cette innovation à des batteries plus grandes qui pourraient être utilisées dans des appareils tels que les téléphones portables et les ordinateurs portables, une fois que la technologie entièrement solide sera plus répandue. »
Plus d’information:
Yi-Chen Lan et al., Couches interfaciales pour permettre la recyclabilité des batteries au lithium entièrement solides, Lettres d’ACS Energy (2024). DOI: 10.1021/acsenergylett.4c01153
Fourni par l’Université d’État de Pennsylvanie
Citation:Rendre les batteries rechargeables plus durables grâce à des composants entièrement recyclables (2024, 9 juillet) récupéré le 9 juillet 2024 sur
Ce document est soumis au droit d’auteur. En dehors de toute utilisation équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans autorisation écrite. Le contenu est fourni à titre d’information uniquement.
