Beaucoup d’entre nous s’inquiètent des sulfates dans le shampoing et des sulfites dans le vin, mais je viens d’apprendre l’effet terrible de l’utilisation de sulfates dans la production de cathodes de batterie. Apparemment, la façon dont la plupart des cathodes lithium-ion ont été fabriquées pendant 30 ans entraîne une quantité colossale de déchets. Heureusement, j’ai appris ce problème tout en découvrant une solution potentielle.
La cathode est l’électrode positive d’une batterie, où l’énergie de charge est appliquée. Dans la plupart des batteries lithium-ion actuelles, celles-ci sont constituées de lithium-nickel-manganèse-cobalt (NMC). La façon dont ils ont été fabriqués implique l’extraction des métaux, leur transformation en sulfates ou sels métalliques, la conversion du carbonate de lithium en hydroxyde de lithium, puis le transport de ces matériaux vers le fabricant de cathodes où ils sont mélangés dans de l’eau. Un matériau caustique comme l’hydroxyde de sodium est ajouté pour précipiter un précurseur de poudre qui est mélangé avec l’hydroxyde de lithium et cuit dans un four pour former des grains de matériau de cathode lithié. Un revêtement spécial est ensuite appliqué dans un processus séparé.
Le procédé produit au moins 1,8 fois plus de déchets de sulfate de sodium que de matériau cathodique. Ce n’est pas particulièrement nocif pour les humains ou l’environnement, mais il y a peu de marché réel pour cela, donc il finit par être dilué avec de l’eau et jeté ou enfoui. Cette configuration était relativement tolérable lors du traitement de 10 000 tonnes par an pour alimenter des appareils électroniques personnels et une petite flotte de véhicules électriques ; il est insoutenable aux volumes de production de VE prévus.
Un térawattheure de production de batteries par ce procédé, suffisant pour 10 millions de batteries d’une puissance moyenne de 100 kWh, générera plus de 2 millions de tonnes de déchets de sulfate de sodium. Besoin d’un visuel ? C’est 500 terrains de football de la NFL étendus sur un pied de déchets. Même la Chine, qui tolère la pollution, manque de moyens pour éliminer ce flux de déchets. Pour aggraver les choses, le coût d’expédition et l’empreinte environnementale des sulfates métalliques sont cinq fois plus élevés que ceux des poudres métalliques.
Nano One Materials Corporation propose une meilleure idée sans sulfate. Son procédé One-Pot Metals to Cathode Active Materials (M2CAM) mélange du métal pur, du carbonate de lithium et des matériaux de revêtement dans un procédé chimique pour former des poudres lithiées enrobées une fois qu’elles sont cuites dans un four. Ce processus plus simple et plus direct nécessite moins d’énergie et d’investissement en capital et est donc compétitif par rapport au processus actuel et promet de le réduire avec de nouvelles améliorations.
Les brevets sont en instance, donc Nano One ne laisse pas tous ses chats sortir du sac, mais il nous dit que le processus M2CAM sans sulfate se déroule dans l’eau (en utilisant 60 % moins) à température ambiante et pression atmosphérique. La chimie est respectueuse de l’environnement, n’entraîne aucun déchet et réduit les coûts d’expédition des matières premières par un facteur de quatre ou cinq.
Nano One dit qu’il peut modifier le processus pour produire diverses chimies de cathode à utiliser dans des formats de batterie traditionnels ou à semi-conducteurs, en modifiant les formulations, les revêtements et les paramètres de processus. Et parce que son processus One-Pot recouvre les matériaux de la cathode au fur et à mesure de leur formation, les revêtements sont appliqués sur chaque cristal individuel dans la plus grande particule. Cela aide à prévenir les réactions secondaires telles que les pointes de lithium (qui peuvent court-circuiter une batterie), améliorant ainsi la durabilité.
Qu’en est-il de l’obtention de ces métaux purs, demandez-vous ? Selon la mine et le minerai métallique, un raffineur peut cristalliser le métal à l’aide d’un processus impliquant des réactions chimiques, des filtres, des membranes et diverses méthodes électrochimiques, ou il peut le plaquer avec de l’électricité pour obtenir une pureté de qualité batterie. Cela semble coûteux, mais dans la plupart des cas, nous sommes assurés que ces approches coûtent généralement moins cher que la production de sels métalliques – et rappelez-vous que les poudres de métal pur sont plus légères et moins chères à expédier.
Quand ces cathodes sans sulfate « plus vertes » pourraient-elles arriver sur la route ? Nano One travaille avec des constructeurs automobiles et des fournisseurs pour créer une demande pour ses matériaux cathodiques tout en recherchant activement un licencié potentiel ou un partenaire de production en coentreprise. La société espère ouvrir une usine de production pilote d’ici 2024. Pour le bien de ces 500 terrains de football profonds, espérons qu’elle pourra respecter ce calendrier.
