Colloque

Le traitement des piles rechargeables au lithium-ion à l'arc à plasma

Vittorio Silla

Richard J. Munz

Membre a labase

Vittorio Silla

Résumé du colloque

Il était déjà estimé qu’au début du nouveau millénaire, il y aurait plus de 500 millions d’appareils sans fils en circulation. Ce nombre, qui continuera d’augmenter durant les prochaines années, inclut les téléphones cellulaires, les ordinateurs sans fils et les caméras numériques. Accompagnant cette croissance, vient la demande du consommateur pour une source d’énergie plus puissante sous la forme d’une pile rechargeable, éprouvée et portative. Les anciennes technologies, comme les piles d’acide au plomb, au nickel cadmium et au nickel métal hydride, ne peuvent pas satisfaire cette demande du consommateur moderne. De plus, le problème de gestion des déchets toxiques décourage davantage ce consommateur de plus en plus préoccupé par l’environnement. Également, les législations de plusieurs gouvernements occidentaux pour des piles moins polluantes forcent l’industrie à développer de nouvelles technologies énergétiques. Un sondage sur les tendances du marché des piles rechargeables a été fait. Il a été conclu que durant la présente décennie, la production de piles au lithium-ion (Li-ion) augmentera de 118 % chaque année et elle constituera 96 % du marché des piles rechargeables. En même temps, la croissance des anciennes technologies diminuera. Les piles au Li-ion les plus abondantes sur le marché contiennent des cathodes de cobalt ou de manganèse, des électrolytes liquides ou de polymères et des structures prismatiques ou polymériques. Dans les années qui suivent, les millions de piles Li-ion périmées créeront un problème majeur de gestion des déchets toxiques. Comme leurs prédécesseurs, les métaux lourds, constituant les cathodes des piles Li-ion, ont le potentiel de s’échapper et de polluer l’environnement. En même temps, ces métaux sont d’une grande valeur sur le marché (~17 USD/livre). Alors, le traitement et la récupération des métaux précieux procurent des avantages économiques et environnementaux. Un processus, pour le traitement des piles Li-ion avec le réacteur à plasma d’arc, a été envisagé. Le gaz plasmagène utilisé était de l’argon. Pour mieux prédire les conditions d’opération d’un vrai (éventuel) réacteur, une simulation thermodynamique a été faite avec le logiciel FACT-Sage. Le traitement des piles de cobalt et de manganèse était exécuté à une pression atmosphérique et une température entre 1900 et 2200 K. Les résultats de la simulation ont démontré que la récupération du cobalt et du manganèse serait possible dans un environnement oxydé. Ces métaux ont une forte résistance à l’oxydation et forment une phase métallique, tandis que les autres métaux s’oxydent ou se transforment en gaz. Les résultats prédits par la simulation étaient testés sur un vrai réacteur à plasma d’arc. Ce réacteur cylindrique en acier et refroidi à l’eau a une hauteur de 1 m et un diamètre de 0.5 m. L’arc prend naissance à l’extrémité d’une cathode de tungstène et tombe sur un creuset qui contient le déchet de Li-ion et qui constitue l’anode. Pour les expériences préliminaires, un échantillon simulé d’une pile de 10 g a été préparé en respectant la composition chimique standard de la pile Li-ion avec cathode de cobalt. Les résultats préliminaires sont présentés ici.

Contexte

Section :

Science et ingénierie des plasmas

Thème du colloque :

Science et ingénierie des plasmas

Hôte : Université du Québec à Rimouski

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Titre du colloque :

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