Recyclage de batteries assisté par électrochimie/Electrochemically assisted battery recycling

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un organisme public de recherche, d’innovation et de formation dont la mission est de développer des technologies performantes, économiques, propres et durables dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. 

IFPEN met à disposition de ses chercheurs un environnement de recherche stimulant, avec des équipements de laboratoire et des moyens de calcul très performants.

Dans le cadre de la mission d’intérêt général confiée par les pouvoirs publics, IFPEN concentre ses efforts sur :

• l’apport de solutions aux défis sociétaux de l’énergie et du climat, en favorisant la transition vers une mobilité durable et l’émergence d’un mix énergétique plus diversifié ;
• la création de richesse et d’emplois, en soutenant l’activité économique française et européenne et la compétitivité des filières industrielles associées.

Recyclage de batteries assisté par électrochimie/Electrochemically assisted battery recycling

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. IFPEN concentre ses efforts sur l’apport de solutions aux défis sociétaux et industriels de l’énergie et du climat, au service de la transition écologique.

Dans ce cadre, le développement de solutions de stockage d’énergie, principalement les batteries lithium-ions, est primordial pour la mobilité de demain. Ces solutions doivent permettre d’atteindre les objectifs de réduction du CO₂ fixés par l’UE. Les matériaux de l’état de l’art dans les batteries lithium-ions, majoritairement des oxydes métalliques (de nickel, manganèse et cobalt) utilisés à l’électrode positive sont issus de l’extraction de ressources minières finies et stratégiques.

Pour intégrer la filière batterie dans une économie circulaire et durable, le recyclage des batteries lithium-ions en fin de vie doit être pensé dès aujourd’hui. La règlementation européenne fixe un certain nombre d’objectifs en ce sens dont une revalorisation de 80% du lithium contenu dans les batteries à l’horizon 2031.

Le recyclage des batteries demande de séparer les différents matériaux constitutifs de la batterie (matériaux actifs, séparateur, collecteurs, emballage…) les méthodes privilégiées aujourd’hui sont diverses, centrées surtout autour de l’hydrométallurgie et la pyrométallurgie. La première étape nécessaire aux procédés hydro-métallurgiques est une étape couteuse de dissolution des métaux d’un broyat de cellules (blackmass) par un mélange acide sulfurique-peroxyde d’hydrogène pour les séparer des carbones et polymères.

Le sujet du stage proposé vise à étudier des voies alternatives basées sur l’électrochimie pour assister cette dissolution, le stage aura lieu sur le site de Solaize (69) au sein du département électrochimie et matériaux en lien avec les directions procédés et analyse. Le travail se basera sur des premiers résultats obtenus à IFPEN et sur l’état de l’art de la littérature. Il visera une meilleure compréhension ainsi qu’une optimisation du procédé à l’échelle du laboratoire.

Les techniques mises en œuvre relèveront des domaines de la chimie des solutions, de l’électrochimie ainsi que de la chimie analytique.

Profil recherché :

Etudiant en 2ème ou 3ème année d’école d’ingénieur/master 1 ou 2/master de recherche en chimie ou en génie chimique.

• Intérêt pour le domaine des énergies et de l’électrochimie, une culture en génie chimique est un atout.
• Maîtrise de l’anglais (oral et écrit).
• Curiosité, goût du travail en équipe, capacité à travailler en autonomie.

Mots-clefs : électrochimie, batteries lithium-ions, recyclage, génie chimique, transition énergétique.

Durée et période du stage : 05 mois, à partir de février 2025
Lieu du stage : Solaize

Description:

IFP Energies Nouvelles (IFPEN) is an important part of research and training efforts around energy, transportation and environment. IFPEN seeks solutions to challenges, both industrial and societal, around energy and climate.

In this context, developing solutions for energy storage is essential for the future of transportation and to meet the European CO₂ emission restrictions, today the most obvious technology to achieve this goal is the lithium-ion battery. However, the state-of-the-art materials for positive electrodes in lithium-ion batteries are metal oxides (of nickel, manganese and cobalt). These metals are both finite and strategic resources with a supply located in only a few countries. To ensure the batteries are a part of a circular economy, their recycling must be though about today. European regulations plan to recycle 80% of the lithium contained in batteries by 2031.

Recycling batteries starts a separation of the different materials contained inside (active materials, separator, collectors, casing…) the most used methods today are centered around hydro and pyro metallurgy. The firsts step before the separation of the different metals is a costly dissolution step using sulfuric acid and hydrogen peroxide of powdered battery cells (blackmass). This step dissolves all metals and oxides while leaving behind graphite and polymers.

The internship’s aim is to study alternative pathways to achieve metal dissolution using electrochemistry. The internship will take place at IFPEN in Solaize in the department of electrochemistry and material science and will cooperate with the chemical processes and analysis departments. The starting point will be based on results already obtained at IFPEN as well as the scientific literature. The focus will be a better understanding of the process and its optimization at a laboratory scale. Techniques used will be centered on electrochemistry, solutions chemistry and analytical chemistry.

Candidate profile:

A student in 2^nd or 3^rd year in engineering school, or a master’s student in chemistry or chemical engineering. An interest in the themes of energy, electrochemistry or chemical engineering are a plus. A correct level in written and spoken English is expected. General curiosity, autonomy and a capacity for teamwork are expected.

Keywords: electrochemistry, batteries lithium-ions, recycling, chemical engineering.

Duration and expected starting date: 05 months, from February 2025
Location: Solaize (69)