Co-upcyclage des batteries lithium-ion usagées et des plastiques en matériaux absorbant les micro-ondes par contrôle du catalyseur Ni-Co

Transformer les vieilles batteries et les déchets plastiques en boucliers utiles

Des montagnes de batteries de véhicules électriques usées et d’emballages plastiques constituent aujourd’hui deux des problèmes de déchets les plus préoccupants. Cette étude montre une façon d’attaquer les deux simultanément : transformer des batteries lithium-ion usagées et des déchets plastiques mélangés en un nouveau matériau capable d’absorber les micro-ondes indésirables. De tels matériaux sont importants pour réduire les interférences électroniques et améliorer les technologies furtives, et cette approche le fait tout en limitant la pollution et en récupérant des métaux de valeur.

Pourquoi les déchets de batteries et de plastiques sont difficiles à gérer

Les batteries lithium-ion des véhicules électriques durent généralement seulement cinq à huit ans avant de devoir être remplacées, laissant d’importants volumes de packs usés chargés en métaux critiques comme le nickel, le cobalt, le manganèse et le lithium. Parallèlement, plus de 380 millions de tonnes de plastique sont produites chaque année, dont une grande partie résiste à la dégradation et pollue les sols et les océans. Les méthodes traditionnelles pour traiter ces déchets — comme l’incinération des plastiques ou la fusion des batteries — consomment beaucoup d’énergie, émettent des gaz à effet de serre et des fumées toxiques, et récupèrent souvent des métaux en vrac plutôt que de créer des produits de plus grande valeur.

Faire cuire les déchets ensemble pour fabriquer de minuscules tubes

Les chercheurs ont conçu un procédé dans lequel de la poudre de cathode de batterie broyée et des plastiques mélangés sont chauffés ensemble à l’intérieur d’un réacteur en acier fermé. Un ingrédient clé est le plastique courant des bouteilles de boisson, le polyéthylène téréphtalate ou PET, qui est mélangé à d’autres plastiques comme le polyéthylène et le polypropylène. Lorsqu’ils sont chauffés à environ 550 °C, les plastiques se décomposent en gaz qui réduisent les oxydes métalliques du matériau de batterie et fournissent du carbone. Les atomes de nickel et de cobalt s’agrègent en particules très petites, tandis que le lithium part sous forme de carbonate de lithium pouvant ensuite être lessivé à l’eau.

Comment le PET préserve l’activité des métaux

Dans de nombreux processus de transformation du plastique en carbone, les catalyseurs métalliques s’« étouffent » rapidement lorsque des couches épaisses de carbone recouvrent leur surface, arrêtant les réactions. Ici, le PET modifie le mélange de gaz de sorte que le carbone ne s’accumule pas simplement. Sa décomposition produit du monoxyde de carbone et du dioxyde de carbone, qui aident à éliminer le carbone désordonné tout en permettant aux gaz riches en carbone d’alimenter la croissance ordonnée de nanotubes de carbone. Le carbonate de lithium formé agit aussi comme un séparateur, empêchant les particules nickel–cobalt de croître au-delà d’environ 100 nanomètres. Ce contrôle de taille maintient les métaux très actifs et guide la formation de forêts denses de nanotubes entrelacées avec de petites particules de métal et d’oxyde de manganèse.

De la poudre noire au bouclier micro-ondes

Après l’étape initiale de « co-pyrolyse », le produit solide est brièvement réchauffé à nouveau à environ 800 °C dans une atmosphère inerte. Ce second traitement nettoie le carbone résiduel et améliore l’organisation et la conductivité électrique des nanotubes. Le matériau final est un composite léger où des particules métalliques et d’oxyde métallique sont incorporées dans un réseau conducteur de nanotubes de carbone multi-parois. Testée sur des fréquences courantes de radar et de communication, cette poudre — mélangée à un liant simple — montre une forte absorption des micro-ondes. Pour une épaisseur de revêtement d’environ 2,4 millimètres, elle peut absorber plus de 90 % des ondes incidentes sur une bande de 7 gigahertz de large, avec des profondeurs d’absorption maximales encore supérieures.

Gains environnementaux et économiques

Au-delà des performances en laboratoire, l’équipe a évalué comment cette voie d’upcyclage se compare à trois méthodes industrielles majeures de recyclage : la fusion à haute température, le lessivage chimique et la régénération directe des cathodes. En utilisant une analyse du cycle de vie et un modèle de recyclage de batteries, ils ont constaté que l’approche de co-pyrolyse consomme moins d’énergie et d’eau et produit beaucoup moins d’émissions de gaz à effet de serre par kilogramme de déchets traités. Elle évite également l’utilisation d’acides minéraux forts, récupérant le lithium sous forme de carbonate de lithium par simple lessivage à l’eau. Parce que le produit final est un matériau absorbant les micro-ondes à haute valeur ajoutée, le procédé peut, selon leur modèle, générer des profits nettement supérieurs à ceux des filières de recyclage conventionnelles.

Ce que cela signifie pour la vie quotidienne

En termes simples, l’étude montre que les batteries de voitures électriques d’hier et les plastiques jetables peuvent devenir les boucliers high-tech de demain pour gérer les ondes électromagnétiques. En contrôlant intelligemment la décomposition des plastiques et le comportement des particules métalliques pendant le chauffage, les chercheurs transforment des déchets mélangés en une fine poudre noire qui récupère des métaux critiques et agit comme un absorbant de micro-ondes performant. Cela offre une voie pratique pour réduire les déchets, diminuer l’impact climatique et créer des matériaux avancés à partir de ressources qui seraient autrement jetées.

Citation: Qiu, B., Hou, Y., Shi, Z. et al. Co-upcycling spent lithium-ion batteries and plastics into microwave absorbing materials with Ni-Co catalyst control. Nat Commun 17, 2822 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69501-1

Mots-clés: recyclage des batteries lithium-ion, valorisation des déchets plastiques, nanotubes de carbone, matériaux absorbant les micro-ondes, économie circulaire