L'électrodéposition pour améliorer la séparation du cobalt et du nickel des batteries lithium-ion

Les électrodes de batterie Li-ion possèdent du cobalt (5 à 20 %) et du nickel (5 à 10 %), qu'il faut réussir à séparer pour assurer leur recyclage. Des chercheurs de l’Université de l’Illinois (Etats-Unis) ont publié dans Nature Communications une nouvelle méthode pour dissocier ces deux métaux de manière efficace.

Potentiel de réduction proche

Ces deux métaux sont généralement séparés via une extraction par solvant, ou par précipitation. Ces deux procédés présentent une sélectivité élevée, mais entraînent des coûts chimiques et des déchets importants. Les scientifiques américains ont opté pour l’électrodéposition. Or, le nickel et le cobalt possèdent chacun un potentiel de réduction proche. Plongés dans des électrolytes traditionnels, les deux métaux ne peuvent pas être séparés de cette manière, notamment en raison de leur aspect cationique prédominant : [Co(H2O)6]2+ et [Ni(H2O) 6] 2+.

Forte concentration de chlorure

Les chercheurs ont ajouté du chlorure concentré en solution (10 M LiCl). Le cobalt prend alors la forme d’un complexe anionique (CoCl42-), tandis que le nickel conserve son aspect cationique. Cette différence de charge entraîne des potentiels de dépôts différents. Avec des métaux concentrés à 10 mM chacun, et l’application d’un potentiel modéré (- 0,60 à - 0,55 V), le dépôt électrolytique se compose majoritairement de nickel, alors que pour des potentiels inférieur à -0,65 V, le ratio évolue en faveur du cobalt.

Pour améliorer le processus, les chercheurs ont augmenté la concentration en métal (100 mM), ce qui a abouti à un ratio de 14 entre le cobalt et le nickel déposés. Ils ont également fabriqué des électrodes enrobées d’un polymère chargé positivement. Sa présence provoque une résistance de surface accrue. Le dépôt est donc réduit, mais cette réduction est plus forte pour le nickel, car le caractère cationique du polymère facilite les interactions avec CoCl42-. Les auteurs ont abouti à une pureté finale de 96,4 % pour le cobalt et 94,1 % pour le nickel.

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