Les chercheurs de l’Université Cornell ont mis au point une méthode permettant de revitaliser les électrodes des batteries lithium-ion en fin de vie sans les séparer en matières premières. Le procédé DEER, qui consiste à rénover directement depuis l’électrode jusqu’à l’électrode, a récupéré dans des cellules de laboratoire jusqu’à 95% de la capacité initiale. Cette approche vise notamment, pour les batteries utilisées dans les véhicules électriques, à préserver la structure du cathode et de l’anode tout en réduisant l’énergie, l’eau et les coûts. Cependant, l’étude n’a pas encore été appliquée à un pack de batterie automobile à l’échelle réelle.
Selon l’évaluation scientifique de l’étude, le recyclage traditionnel déouile les cellules et les transforme en une « boue noire » appelée masse noire, séparant les métaux précieux par des procédés chimiques. Le DEER, lui, conserve intactes les couches cathode NMC et l’anode en graphite. Puis, un bain d’électrolyte spécifique dissout les couches intermédiaires qui s’accumulent à la surface des électrodes et qui augmentent la résistance interne pendant l’utilisation.
Les chercheurs ont d’abord traité des cellules de laboratoire dont la capacité avait chuté à environ 80%. Avec des électrodes rénovées et un électrolyte frais, la cellule reconstituée après les cycles de formation a atteint 95% de la capacité initiale. Lorsque les mêmes électrodes ont été rénovées une seconde fois, la troisième cellule « vivante » a fourni une capacité de 90%. Ainsi, la méthode a démontré plus qu’une réparation ponctuelle.
Dans des essais plus réalistes, les chercheurs ont utilisé les électrodes de cellules de 3 ampères-heures NMC811 vieillies sur 2 700 cycles. Dans ces cas, la capacité récupérée est restée à 90,3%. De plus, l’équipe n’a pas directement rénové une cellule de 3 Ah; elle a plutôt fabriqué des petites cellules d’essai à partir des électrodes démontées.
DEER süreci elektrotları kara kütleye dönüştürmüyor
Les mesures Raman et infrarouges ont confirmé que les couches à la surface des électrodes se dissolvent. L’analyse montre que des composés indésirables se détachent de l’électrode et migrent vers le fluide de réhabilitation. Cette étape est cruciale, car elle indique que l’augmentation de la capacité ne résulte pas uniquement d’un simple conditionnement électrique à court terme, mais d’un changement réel dans la chimie de surface.
L’estimation du cycle de vie du procédé indique que, pour la production de cellules NMC811 rénovées, la consommation d’eau et les émissions de polluants atmosphériques par rapport à la production de nouveaux matériaux pourraient diminuer de 20 à 40 %. L’évaluation techno-économique prévoit une réduction des coûts de procédé allant jusqu’à 56 % par rapport au recyclage traditionnel. Ces chiffres reposent sur des données de laboratoire et des hypothèses de production modélisées.
Pour l’heure, la mise en œuvre de cette méthode dans le service automobile ne peut pas se faire sans démonter la batterie. Il faut ouvrir les cellules en toute sécurité, dissocier les électrodes et les remettre en place avec un nouvel électrolyte. Le processus n’élimine pas automatiquement les problèmes comme un séparateur endommagé, une cellule gonflée ou des fissures mécaniques. Par ailleurs, l’équipe n’a pas encore démontré la compatibilité avec d’autres chimies comme le LFP, ni la capacité à traiter des électrodes gravement endommagées, ni une production industrielle continue à grande échelle. La prochaine étape consistera à adapter le procédé à des cellules de taille supérieure et à des lignes de démantèlement automatiques et sécurisées. Le coût commercial ne sera déterminé qu’à partir des résultats d’une installation pilote.
