Batteries lithium usagées : le « bain » qui peut les ramener jusqu'à 95 % de leur capacité et réduire les coûts de recyclage de 56 %
Une nouvelle méthode régénère les électrodes intactes des batteries au lithium, récupérant ainsi la capacité et réduisant les coûts réels et les impacts environnementaux
Une batterie déchargée, dans le récit habituel, ressemble presque à un objet arrivé en fin de vie. Il est démantelé, brisé, réduit en matériau à valoriser avec la chaleur, les acides, les étapes industrielles lourdes. Mais à l’intérieur, une partie importante de son œuvre antérieure demeure : des électrodes usées, certes, mais toujours reconnaissables, toujours structurées, suffisamment entières pour mériter une seconde chance. La nouvelle méthode de recyclage des batteries au lithium commence là, à partir d’une idée moins brutale : traiter les électrodes comme des composants à réparer, plutôt que comme de la poussière à reconstruire de toutes pièces.
La technique s’appelle DEER, acronyme de régénération directe d’électrode à électrode, et fonctionne sur des batteries lithium-ion arrivées en fin de vie. Les électrodes sont retirées intactes et immergées dans une cellule séparée avec une solution électrochimique à base de 1,3-diméthyl-2-imidazolidinone. Nom du laboratoire, effet très concret : le solvant dissout la couche isolante qui se forme progressivement entre l'anode et la cathode lors des cycles de charge et de décharge, une des raisons pour lesquelles la batterie perd en capacité avec le temps. L'étude publiée le Sciences de l'énergie et de l'environnement indique une récupération jusqu'à 95 % de la capacité et une plus grande stabilité dans les cycles suivants.
Le problème est dans la couche
Dans les batteries lithium-ion, le vieillissement ressemble à une patine qui se forme là où la chimie travaille le plus fort. Cette couche, appelée interphase électrode-électrolyte, s’agrandit avec l’usage et finit par gêner le passage des ions. La batterie se charge moins bien, est moins performante, perd en autonomie. La méthode DEER tente d'intervenir précisément sur cette barrière, en dissolvant les composants inactifs sans détruire l'architecture des électrodes.
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La différence avec le recyclage traditionnel réside ici. Aujourd'hui, de nombreuses batteries sont fondues à haute température grâce à des procédés pyrométallurgiques, ou broyées pour obtenir ce qu'on appelle la masse noire, une masse sombre riche en matériaux critiques qui doit ensuite être traitée avec des procédés chimiques, souvent acides, pour récupérer des métaux tels que le nickel, le cobalt, le lithium et le cuivre. Ce sont des techniques utiles et matures, déjà présentes dans l’industrie. Ils ont cependant un prix énergétique, environnemental et économique. Après récupération, les matériaux doivent être raffinés, resynthétisés, retransformés en composants cellulaires. La route devient assez longue.
En revanche, avec le recyclage direct, le cycle est raccourci. Les électrodes sont nettoyées et régénérées dans leur forme originale, puis elles peuvent être réinsérées dans une nouvelle cellule. L'étude fait état d'une réduction de 56 % des coûts de production des cellules recyclées par rapport aux voies basées sur la pyrométallurgie et l'hydrométallurgie, ainsi qu'une diminution de la consommation d'énergie et des émissions de gaz à effet de serre. Ce sont des chiffres importants, surtout dans un secteur où chaque étape industrielle pèse sur les marges et sur la réelle pérennité de la supply chain.
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Moins de poussière, plus de récupération
Le sujet du recyclage des batteries au lithium devient de moins en moins technique et de plus en plus politique. Voitures électriques, stockage domestique, systèmes d’énergies renouvelables, électronique portable : la demande de batteries augmente et avec elle la pression sur le lithium, le nickel, le cobalt, le graphite. Il s’agit de matériaux extraits dans des chaînes d’approvisionnement complexes, souvent concentrées dans quelques pays, avec des coûts environnementaux et géopolitiques difficiles à ignorer. Chaque batterie mieux récupérée signifie moins de matière première à chasser ailleurs et moins de déchets difficiles à gérer.
L’Union européenne s’oriente déjà dans cette direction avec des règles plus strictes. Pour les batteries au lithium, les objectifs d'efficacité du recyclage atteignent 65 % d'ici fin 2025 et s'élèveront à 70 % d'ici 2030. Pour la valorisation des matériaux, les objectifs incluent 90 % pour le cobalt, le cuivre, le plomb et le nickel et 50 % pour le lithium d'ici 2027 ; d’ici 2031, elle passera à 95 % pour le cobalt, le cuivre, le plomb et le nickel et à 80 % pour le lithium. En pratique, la batterie usagée est de plus en plus traitée comme une mine secondaire, avec des obligations et des chiffres précis.
Dans ce cadre, une méthode capable de régénérer les électrodes sans détruire immédiatement le composant aurait un énorme intérêt. Le mot clé reste cependant « serait ». La prochaine étape consistera à démontrer le fonctionnement sur des batteries industrielles et sur des cellules présentant des formes de dégradation plus complexes. Celles testées jusqu'à présent étaient saines à environ 70 à 80 %, un état typique pour de nombreuses batteries de véhicules électriques considérées en fin de vie pour une utilisation automobile, mais encore loin des pires cas.
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La seconde vie est vraiment nécessaire
La méthode DEER, pour l’instant, n’élimine pas les problèmes de recyclage des batteries. Ce qui reste, c'est la collecte, le démontage en toute sécurité, la variété des produits chimiques, la standardisation des emballages, la gestion des risques d'incendie et la commodité à grande échelle. Une batterie de smartphone, une batterie de scooter, une batterie de voiture électrique et une batterie d’accumulateurs stationnaires appartiennent à la même famille, mais à l’intérieur elles peuvent avoir des géométries, des matériaux et des niveaux de dégradation très différents. Faire passer une technique du laboratoire aux usines, c'est la salir de cette réalité : volumes, délais, coûts, sécurité, logistique.
La direction est cependant intéressante car elle change du geste industriel. Au lieu de supposer qu’une batterie usagée doit être jetée, essayez de conserver la pièce qui est encore utile. Il s’agit d’un changement de look qui n’est que minime en apparence. Dans une chaîne d’approvisionnement qui depuis des années raisonne de manière linéaire, extraire, produire, consommer, jeter, la récupération directe des électrodes rend la circularité moins décorative et plus concrète.
Les batteries au lithium continueront de vieillir, de perdre en capacité et d’atteindre leur fin de vie en quantités toujours plus importantes. La différence se fera par la façon dont ils seront traités lorsqu’ils cesseront de faire fonctionner une voiture, un box de stockage ou un appareil. Les détruire immédiatement sera de plus en plus difficile à justifier, même s’il existe la possibilité de réparer ce qui est encore debout à l’intérieur.
Source : Énergie et sciences de l'environnement
