La révolution des batteries des voitures électriques : elles retrouvent jusqu’à 95 % de leur capacité grâce à une procédure simple

L’un des grands problèmes lorsque une batterie atteint la fin de sa durée de vie est que la plupart des processus de recyclage actuels consistent à la détruire afin de récupérer ses matériaux. Une équipe de chercheurs de l’Université Cornell a maintenant proposé une alternative très différente : au lieu de démonter les électrodes pour en faire de la matière première, elle cherche à restaurer directement leur fonctionnement et à les réutiliser. Cette méthode, appelée DEER, a permis de récupérer jusqu’à 95 % de la capacité initiale lors des essais effectués.

La clé réside dans l’un des mécanismes habituels de dégradation des batteries au lithium. À chaque cycle de charge et de décharge, une couche connue sous le nom de SEI s’accumule sur les électrodes ; il s’agit d’une interface solide qui remplit une fonction essentielle au bon fonctionnement de la batterie, mais qui finit par s’épaissir excessivement et entraver le mouvement des électrons. Lorsque cette couche s’épaissit, la résistance augmente et la capacité disponible commence à diminuer.

Les chercheurs de Cornell ont développé un procédé appelé Direct Electrode-to-Electrode Regeneration (DEER) qui cible précisément cette couche. Pour ce faire, ils retirent les électrodes des cellules utilisées en les laissant intactes et les placent dans un bain électrochimique contenant de la 1,3-diméthyl-2-imidazolidinone, connue sous le nom de DMI. Ce composé permet de dissoudre une grande partie de l’interface accumulée sans détruire la structure de l’électrode.

Après le traitement, les électrodes peuvent être réutilisées pour fabriquer une nouvelle cellule. C’est une différence importante par rapport au recyclage conventionnel, où les batteries sont broyées et se transforment en un mélange connu sous le nom de masse noire. À partir de celle-ci, des matériaux tels que le lithium, le nickel, le cobalt, le manganèse, le cuivre ou l’aluminium sont récupérés grâce à des procédés à haute température ou à des traitements chimiques, mais les électrodes originales disparaissent au cours de ce processus.

Les résultats obtenus par Cornell sont particulièrement intéressants. Les cellules régénérées grâce à la méthode DEER ont retrouvé jusqu’à 95 % de leur capacité initiale, tout en présentant une dégradation plus lente que les batteries usagées qui n’ont pas été traitées. Lors des essais, la perte de capacité est passée de 0,072 % par cycle pour les cellules dégradées et non régénérées à 0,042 % par cycle après le traitement. Cette dégradation réduite s’est maintenue pendant environ 800 cycles avant que la vitesse ne recommence à augmenter.

Cet essai ouvre également la possibilité d’offrir plus d’une durée de vie aux mêmes électrodes. Les chercheurs ont effectué un deuxième traitement sur une batterie qui avait déjà été régénérée et ont réussi à récupérer environ 90 % de sa capacité initiale. Cela ne signifie pas que n’importe quelle batterie puisse subir ce processus indéfiniment, mais cela montre bien que la régénération peut être répétée lorsque le principal problème est l’accumulation de cette couche sur les électrodes.

Ici apparaît l’une des applications les plus intéressantes pour les voitures électriques. Cornell a travaillé avec des batteries dont l’état de santé se situait entre 70 % et 80 %, un niveau qui peut correspondre au moment où une batterie cesse d’être adaptée à certaines exigences d’une voiture. Cependant, le fait qu’une batterie ait perdu de sa capacité ne signifie pas nécessairement que ses électrodes soient endommagées. Si la dégradation provient principalement de l’accumulation à l’interface, une partie importante du matériau peut encore être récupérée.

Cela ne signifie pas pour autant que DEER va remplacer le recyclage traditionnel. Cette méthode a un champ d’application assez restreint. Si une batterie a subi une perte de lithium, des particules fissurées, des dommages structurels ou des problèmes mécaniques, enlever la couche superficielle ne résoudra pas le problème. Dans de tels cas, des processus capables de récupérer les matériaux à partir d’une batterie endommagée resteront nécessaires.

Le volet économique est également remarquable. L’étude estime que la fabrication de cellules recyclées grâce à la méthode DEER coûterait environ 15,25 dollars par kilogramme, contre 26,31 dollars avec la pyrométallurgie. En se basant sur le taux de change du 21 septembre 2026, cela correspond à environ 13,3 euros par kilogramme contre 22,9 euros par kilogramme. L’analyse de Cornell estime en outre une réduction de 56 % dans le coût de fabrication des cellules recyclées par rapport aux méthodes conventionnelles.

Cependant, il y a un détail important. Le DMI représente environ 63 % du coût du processus dans l’estimation publiée, et le calcul ne prend pas encore en compte son récupération afin de pouvoir être réutilisé. Si l’industrie parvient à récupérer et à réutiliser ce composé de manière efficace, l’économie du système pourrait s’améliorer, bien que cela doive être démontré en dehors du laboratoire.

Pour l’instant, la prochaine étape pour l’équipe de Cornell consiste à tester DEER avec des batteries plus grandes provenant d’applications réelles, ainsi qu’à tenter de résoudre d’autres mécanismes de dégradation tels que la perte de lithium. Si elle parvient à surmonter ces obstacles, cette idée pourrait changer la façon dont nous comprenons le recyclage des batteries : il ne faudrait pas toujours attendre la fin pour récupérer leurs matériaux, car dans certains cas il pourrait être plus avantageux de réparer d’abord ce qui est encore utilisable.

Source | Pubs.rsc.org