Des smartphones aux voitures électriques, les batteries lithium-ion ont envahi notre quotidien. L’ennui, c’est qu’elles sont fabriquées à partir de matériaux qui ont tendance à se faire rares. Et dont les chaînes d’approvisionnement ne sont pas nécessairement durables. Mais des chercheurs proposent aujourd’hui une solution qui permettrait de recycler facilement ces matériaux.

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« Si nous n’arrêtons pas de les jeter à la poubelle, nous manquerons de ressources dans les dix prochaines années », assure Gao Liu, dans un communiqué. Il est chercheur dans le domaine des technologies énergétiques au Berkeley Lab (États-Unis). Selon lui, « il n’y a tout simplement pas assez de cobalt, pas assez de nickel pour suivre la demande. Nous devons les recycler ». Voilà donc le problème des batteries lithium-ion simplement posé.

Et dans l’espoir d’y répondre tout aussi simplement, son équipe vient d’inventer un nouveau matériau de batterie. Un matériau, baptisé Quick-Release Binder, dont l’action serait de séparer de manière simple et abordable les précieux matériaux contenus dans les batteries lithium-ion des autres composants. Pour les réutiliser dans des nouvelles batteries. Le tout en rendant le processus de production plus sûr et plus équitable.

Rappelons que les procédés de recyclage des batteries lithium-ion actuels consistent d’abord à déchiqueter puis à broyer les batteries avant de les brûler pour en séparer les constituants. Tout cela est énergivore et coûteux. Cela libère aussi des produits chimiques toxiques qui doivent être gérés avec soin. Grâce au Quick-Release Binder, il pourrait suffire, à l’avenir, d’ouvrir la batterie, de la placer dans une eau alcaline à température ambiante et de secouer légèrement. Une simple filtration et un séchage à l’air permettrait ensuite de récupérer les éléments séparés.

Le matériau développé par les chercheurs du <em>Berkeley Lab</em> (États-Unis) permet de recycler toutes sortes de batteries. Y compris les piles boutons qui alimentent nos montres. © Marilyn Sargent, <em>Berkeley Lab</em>
Le matériau développé par les chercheurs du Berkeley Lab (États-Unis) permet de recycler toutes sortes de batteries. Y compris les piles boutons qui alimentent nos montres. © Marilyn Sargent, Berkeley Lab

Quelques tests avant la commercialisation

C’est dans leurs efforts pour développer des batteries lithium-soufre enfin performantes que les chercheurs du Berkeley Lab ont découvert les propriétés de leur liant nouvelle génération, le Quick-Release Binder. Des propriétés qui pourraient aussi bien être mises à profit sur des batteries lithium-ion très classiques.

Le saviez-vous ?

Les batteries lithium-soufre pourraient, à terme, remplacer nos batteries lithium-ion. Elles sont en effet fabriquées sans cobalt rare et ont une densité d'énergie théorique plus élevée. Mais elles présentent encore beaucoup de problèmes de fonctionnalité qui empêchent leur déploiement commercial.

Parce que les liants sont utilisés dans la plupart des batteries. Pour maintenir leur architecture en place de façon durable. Et celui développé par les chercheurs du Berkeley Lab est composé de deux polymères disponibles dans le commerce : l'acide polyacrylique (PAA) et la polyéthylèneimine (PEI). PAA et PEI sont reliés par une liaison entre atomes d’azote et atomes d’oxygène. C’est à ce niveau que l’ion sodium présent dans l’eau alcaline agit, en séparant les polymères et libérant ainsi tous les composants d’électrode de la batterie.

Les chercheurs assurent que leur Quick-Release Binder coûte dix fois moins cher et qu'il est plus facile et respectueux de l’environnement à mettre en œuvre que les deux liants commerciaux actuellement les plus utilisés. Les premiers tests réalisés sont encourageants. D’autres sont prévus en collaboration avec des professionnels du recyclage des batteries, notamment, avant qu’une mise sur le marché ne soit lancée. Des discussions sont déjà en cours avec des fabricants de batteries et de liants pour que le matériau soit au plus vite intégré à toutes ces batteries qui alimentent nos smartphones et nos voitures électriques.