Un nouveau procédé rend la production de batteries plus écologique

Passer des voitures à essence aux véhicules électriques est un moyen de réduire les émissions de carbone, mais la construction des batteries lithium-ion qui alimentent ces véhicules électriques peut être en soi un processus énergivore et polluant. Des chercheurs de l’Université Dalhousie ont désormais mis au point un procédé de fabrication moins coûteux et plus écologique.

“La fabrication de matériaux cathodiques lithium-ion nécessite beaucoup d'énergie et d'eau et produit des déchets. C'est ce qui a le plus grand impact sur l'environnement, en particulier le CO₂ empreinte de la batterie », explique le Dr Mark Obrovac, professeur aux départements de chimie et de physique et sciences atmosphériques de l'Université Dalhousie.

“Nous voulions voir s'il existait des moyens plus respectueux de l'environnement et durables, et moins coûteux, de fabriquer ces matériaux.”

La plupart des batteries de véhicules électriques utilisent de l'oxyde de lithium, nickel, manganèse et cobalt (NMC), dont les éléments sont mélangés dans la structure cristalline de la cathode. Ils sont généralement fabriqués en dissolvant les éléments dans l’eau, puis en utilisant les cristaux qui se forment lorsque les éléments se rassemblent pour former un solide.

Ce processus consomme beaucoup d’eau – qu’il faut ensuite traiter pour la nettoyer – et d’énergie, qui constitue la principale source de coût et d’empreinte carbone des batteries. À l'aide de la Source de lumière canadienne (CLS) de l'Université de la Saskatchewan, Obrovac et son équipe ont étudié s'ils pouvaient utiliser un procédé entièrement sec pour obtenir les mêmes résultats tout en économisant de l'énergie, de l'eau et de l'argent.

Leurs travaux ont été publiés dans deux articles, dans ACS Oméga et le Journal de la Société Electrochimique.

“Nous voulions voir si vous pouviez obtenir la même qualité si vous preniez des matériaux secs et les combiniez à l'aide de processus simples que l'on trouverait dans n'importe quelle usine à grande échelle et si vous les réchauffiez”, dit-il. “Et dans quelles conditions peut-on faire cela pour obtenir un matériau de qualité commerciale tout en éliminant l'eau et les déchets ?”

Les cathodes fabriquées à partir de matériaux secs ne sont parfois pas aussi homogènes que celles fabriquées dans l'eau. L'équipe a donc essayé diverses méthodes utilisant différents oxydes et régimes de chauffage sous différentes températures et pressions pour déterminer ce qui fonctionnait le mieux.

Ils ont utilisé la ligne de lumière Brockhouse de CLS pour observer l'intérieur du four pendant qu'ils essayaient ces différentes expériences, afin de voir exactement ce qui se passait pendant le processus. “Ce que nous avons trouvé constitue des informations importantes sur la manière dont nous pouvons améliorer le processus afin d'obtenir un matériau cathodique de type NMC de qualité supérieure”, explique Obrovac.

Les cathodes de la plus haute qualité disponibles actuellement sont constituées de monocristaux contenant des particules d'environ 5 microns de diamètre. En ajustant soigneusement leurs matières premières et les conditions du four, l'équipe d'Obrovac a pu reproduire ces qualités en utilisant un procédé entièrement sec, produisant ainsi des matériaux cathodiques comparables aux meilleurs actuellement disponibles sur le marché.

Obrovac s'est associé à la société de batteries NOVONIX, basée en Nouvelle-Écosse, qui utilise des procédés entièrement secs pour produire des matériaux cathodiques dans l'installation pilote de l'entreprise à Dartmouth. Cette installation est capable de produire 10 tonnes par an de matériau cathodique, avec des méthodes qui offrent des coûts d'investissement estimés à 30 % inférieurs à ceux des méthodes conventionnelles (humides), des coûts d'exploitation inférieurs de 50 % et utilisent 25 % d'énergie en moins, tout en ne nécessitant aucun processus. eau et générer zéro déchet.

“Ce sont des chiffres importants, il s'agit d'un changement radical dans la production de ces matériaux pour batteries”, explique Obrovac. “Cela devrait aboutir à des batteries globalement moins coûteuses avec une empreinte de réchauffement climatique nettement inférieure.”