Maximilian Becker mène à l'Empa des recherches sur les électrolytes solubles dans l'eau pour les batteries lithium-ion. Image: Empa

Flamme allumée lors de l'explosion d'une batterie au lithium-ion (type 18650). Les batteries lithium-ion à base d'eau seraient plus sûres à manipuler et plus faciles à recycler. Image: Empa

Empa: Recyclage du fluor pour les batteries lithium-ion

(Empa) Les batteries lithium-ion contiennent des sels riches en fluor, qui se décomposent dans l'air humide en fluorure d'hydrogène toxique et très corrosif. La nature dangereuse de cette substance rend le recyclage plus difficile et plus coûteux. Un projet de recherche intitulé "Fluoribat" est actuellement lancé à l'Empa pour résoudre ce problème. Cela pourrait rendre le cycle de vie d'une batterie rechargeable moins coûteux et en même temps plus sûr. (Text auf Deutsch >>)


La quantité de piles qui nous entourent va augmenter rapidement. La Global Battery Alliance du Forum économique mondial (WEF) s'attend à ce que le nombre de batteries de traction et de stockage soit multiplié par dix au cours des dix prochaines années. Les batteries au lithium-ion en représenteront la plus grande partie.

A la fois une bénédiction et une malédiction
En raison du volume important de piles qui devront être fabriquées et recyclées dans les années à venir, un élément chimique qui a rarement été abordé jusqu'à présent fait son apparition : le fluor. On le trouve, en petites quantités, dans toutes les batteries lithium-ion. L'électrolyte liquide d'une telle batterie contient des anions de hexafluorophosphates PF6-, un composé fluoré qui assure la stabilité à long terme de la batterie et permet des tensions de cellule élevées. L'inconvénient : le PF6- se décompose au contact de l'eau ou dans l'air humide en fluorure d'hydrogène HF toxique et très corrosif. Lorsque la batterie fonctionne, elle doit donc être placée dans une enveloppe complètement hermétique et imperméable à l'air, sinon elle émettra des composés fluorés toxiques. Au plus tard lors du recyclage, l'enveloppe hermétique est ouverte. Le fluorure d'hydrogène qui en résulte rend le recyclage compliqué et coûteux.

Approche de la recherche : sels de fluor stable
L'Empa lancera en été 2020 un projet de recherche appelé "Fluoribat" pour contrer ce problème. L'équipe de recherche de Corsin Battaglia, directeur du laboratoire "Materials for Energy Conversion", a mis au point un nouvel électrolyte non-inflammable à base d'eau pour les batteries lithium-ion, compatible avec les matériaux d'électrodes déjà utilisés dans ces batteries. "Nos cellules ont encore plus de 80% de leur capacité initiale après 200 cycles de charge et de décharge", explique Maximilian Becker, chercheur en batteries dans le laboratoire de Corsin Battaglia.

Le sel de lithium stable à l'eau utilisé dans les cellules de batterie expérimentales de l'Empa pourrait être produit à grande échelle à des prix compétitifs. Pour une commercialisation réussie, sa stabilité à long terme doit être encore améliorée. Toutefois, si cet obstacle peut être surmonté, une telle batterie pourrait être produite de manière beaucoup plus rentable et recyclée en fin de vie, un environnement absolument sec n'est alors plus nécessaire pour aucun des deux procédés.

Approche de la recherche : gestion du recyclage
En même temps, le recyclage à base d'eau des anciennes batteries lithium-ion ouvre de nouvelles possibilités pour une économie circulaire. Si les sels d'électrolyte peuvent être facilement récupérés des piles, le fluor qu'ils contiennent peut être utilisé pour de nouvelles piles - un aspect de plus en plus important compte tenu de la quantité attendue de piles. Le laboratoire "Technologie et société" de l'Empa, dirigé par Patrick Wäger, est spécialisé dans le recyclage de batteries et le calcul de l'impact environnemental des nouvelles applications technologiques tout au long de leur cycle de vie. L'analyse vise à montrer les avantages des piles à base de sels de fluor insensibles à l'eau. Dans l'étude, cette nouvelle génération de piles sera comparée aux piles de la génération actuelle en ce qui concerne la sécurité et l'environnement.


La recherche sur les piles dans un cadre européen
L'Empa est partenaire du projet européen Battery2030+, qui coordonnera les activités de recherche sur les batteries au niveau européen. Un objectif important de ces activités est d'améliorer la durabilité des piles. Pour y parvenir, il est important non seulement de recycler autant que possible les métaux tels que le cobalt, le nickel, le cuivre, l'aluminium et le lithium. Les éléments potentiellement toxiques tels que le fluor doivent également faire partie des considérations de durabilité : ils doivent être maintenus sur des voies sûres et contrôlées.


Texte : Empa

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