Avec la croissance explosive de la demande de véhicules électriques au cours des prochaines décennies, la nécessité de trouver un moyen de recycler les anciennes batteries s’est également accrue. Certaines usines de batteries et des experts en recyclage ont commencé à établir des collaborations pour s’attaquer à ce problème imminent. L’objectif principal est de rendre le recyclage de la batterie compétitif et rentable.
Les batteries au lithium sont utilisées pour faire fonctionner différents appareils tels que les voitures, les réseaux électriques et les ordinateurs portables. Elles contiennent des métaux précieux et d’autres matériaux qui peuvent être récupérés, traités et réutilisés. Les batteries au lithium alimentent la vie de millions de personnes chaque jour.
Le lithium-fer-phosphate (LiFePO4 ou LFP) est l’un des types de batterie li-ion les plus sûrs du marché. La tension nominale d’une cellule LFP est de 3,2 V (batteries plomb-acide : 2 V/cellule). Une batterie LFP de 12,8 V est donc constituée de 4 cellules connectées en série et une batterie de 25,6 V est constituée de 8 cellules connectées en série.
La batterie lithium-fer-phosphate n’a pas besoin d’être entièrement chargée pour être utilisée. Son principal avantage est que sa durée de vie peut même être améliorée lorsque vous l’utilisez sans la charger complètement. Parmi les autres avantages, citons les excellentes performances de cyclage, la large fourchette de températures de fonctionnement, la faible résistance interne et l’efficacité élevée. Dans les cas où vous êtes hors réseau, l’efficacité de l’énergie solaire peut être d’une importance cruciale. Les batteries lithium-fer-phosphate peuvent atteindre un rendement énergétique de 92 %. En revanche, une batterie au lithium-fer-phosphate atteindra encore un rendement de 90 % dans des conditions de décharge peu profondes.
Les scientifiques considèrent que le lithium a une forte densité énergétique, ce qui lui confère une grande puissance par rapport à sa taille et à son poids. Les concepts les plus courants en matière de batteries sont la densité énergétique et la densité de puissance. La densité énergétique est mesurée en wattheures par kilogramme et correspond à la quantité d’énergie que la batterie peut stocker. La densité de puissance est mesurée en watts par kilogramme et représente la quantité d’énergie pouvant être générée par la batterie. Les batteries lithium-ion génèrent de l’énergie en utilisant des réactions chimiques. Lorsque les batteries sont déchargées et chargées, les ions de lithium vont et viennent entre la cathode et l’anode de l’électrolyte à l’intérieur des batteries. Toutefois, ce mouvement peut être dangereux, car il peut provoquer des incendies ou des explosions si les batteries ne sont pas chargées correctement.
L’une des principales raisons de recycler les batteries au lithium est due à ses effets négatifs sur l’environnement, qui contaminent le sol et les eaux souterraines, menaçant les écosystèmes et la santé humaine en général. L’extraction du lithium a été liée au déclin de la végétation, à l’augmentation de la température et à l’accroissement de la sécheresse dans la zone de la réserve nationale. L’inconvénient politique de l’exploitation du lithium est que 50 % de la production mondiale de cobalt provient de la République démocratique du Congo, cela est liée à des conflits armés, à l’exploitation minière illégale, à des violations des droits de l’homme et à des pratiques environnementales nuisibles.
Le recyclage des batteries apporte des bénéfices politiques et économiques et réduit la quantité de matériaux mis en décharge. Le recyclage multiple réduit la pollution de l’environnement et le besoin de matières minérales.
Alors que le monde s’apprête à passer à l’électrification des véhicules et au stockage de l’énergie renouvelable, on se demande où et comment utiliser les batteries actuelles. Les usines de batteries du monde entier cherchent désormais à recycler les batteries usagées afin de résoudre la pénurie de matériaux. Les principaux défis liés au recyclage des batteries au lithium actuelles sont dus à des facteurs économiques. « Il y a de nombreuses raisons pour lesquelles le recyclage des batteries Li-ion n’est pas encore une pratique universellement bien établie», explique Linda L. Gaines de l’Argonne National Laboratory.
Les constructeurs de voitures électriques, tels que Nissan, ont commencé à réutiliser et à réaffecter leurs batteries de différentes manières afin de réduire les dépenses énergétiques liées à l’extraction et les déchets que chaque batterie produit en fin de vie. Plusieurs laboratoires et scientifiques ont également travaillé à la mise au point de méthodes de recyclage plus efficaces afin de normaliser une méthode de recyclage écologique des batteries. Les matériaux récupérés et remis à neuf à partir des anciennes batteries pourraient éventuellement être utilisés pour fabriquer de nouvelles batteries, ce qui réduirait les coûts de fabrication.
La majorité de ces plans n’en sont qu’à leurs débuts, mais la demande du marché est en pleine croissance. L’objectif est d’encourager les entrepreneurs à trouver des solutions innovantes pour collecter et stocker les batteries au lithium mises au rebut et les transporter vers des centres de recyclage pour transformer les vieilles batteries en nouvelles. Il serait préférable de récupérer la batterie plutôt que de récupérer les matériaux qu’elle contient. Nous devons trouver un moyen de recycler les batteries au lithium avec l’introduction des véhicules électriques dans l’industrie automobile. Les batteries peuvent être utilisées à bon escient dans des domaines tels que l’ingénierie et la fabrication pour alimenter les machines-outils.
General Motors et Audi prévoient de fabriquer des véhicules électriques au cours des dix prochaines années ; de nombreux autres grands constructeurs automobiles leur emboîtent le pas. General Motors a annoncé qu’elle prévoirait d’arrêter de vendre des véhicules à essence d’ici 2035, tandis que l’objectif d’Audi est d’arrêter la production de véhicules à essence d’ici 2033. En fait, selon Bloomberg NEF, deux tiers des ventes mondiales de véhicules de tourisme seront électriques d’ici 2040.
La Chine est actuellement le plus grand producteur de batteries au lithium et elle est également en avance pour leur recyclage. Les minéraux extraits sont en grande partie traités en Chine, puis expédiés vers d’autres usines du monde entier qui produisent des batteries pour véhicules électriques.
Des start-ups américaines telles qu’Ascend Elements affirment pouvoir transformer les batteries lithium-ion usagées en batteries plus performantes que les neuves, plus durables, plus rapides à charger et moins polluantes. L’entreprise prend des milliers de livres de batteries lithium-ion provenant de téléphones portables, d’outils électriques, d’ordinateurs portables et de véhicules électriques et les déchiquette, donnant ainsi une nouvelle vie aux cellules énergétiques usées, rendant les véhicules électriques plus durables et moins chers. Une fois que le matériau déchiqueté passe par une série de tamis, il en ressort sous la forme d’une poudre fine appelée « masse noire ». Elle récupère également près de 100 % des métaux et ne produit aucun déchet toxique. Avec de telles solutions, les cellules énergétiques recyclées pourraient également apporter aux États-Unis une mesure supplémentaire d’indépendance énergétique.
Améliorer le recyclage des batteries au lithium et, en fin de compte, rendre leurs composants réutilisables, ce qui contribue à redonner de la valeur aux batteries au lithium déjà existantes, car cela permet de donner une seconde vie aux composants les plus précieux des batteries au lithium, comme la cathode et l’anode. Cela pourrait compenser de manière significative l’énergie, les déchets et les coûts associés à leur fabrication. La demande de véhicules électriques ne cessant de croître au cours des prochaines décennies, le besoin d’un moyen de recycler leurs batteries augmentera également.