Avec la croissance prévue des véhicules électriques au cours des deux prochaines décennies, se pose la question de savoir comment recycler les gros blocs-batteries lithium-ion qui les alimentent. Les ingénieurs de l'ORNL ont organisé une démonstration pour montrer que les robots peuvent accélérer le démontage et rendre le processus plus sûr pour les travailleurs tout en augmentant considérablement le débit.
Aujourd'hui, seul un faible pourcentage des batteries lithium-ion des véhicules sont recyclés, et la majorité des processus utilisés pour le faire ne sont pas automatisés, a déclaré Tim McIntyre, chercheur principal de la division Électrification et infrastructures énergétiques de l'ORNL.
Qu'un recycleur veuille simplement traverser le boîtier extérieur pour accéder aux batteries et remplacer les composants usés, ou recycler complètement les piles de batteries pour récupérer le cobalt, le lithium, les feuilles de métal et d'autres matériaux, la première étape consiste à diagnostiquer la batterie pour une manipulation et un démontage sûrs et efficaces. .
"Avec notre système, lorsque le robot récupère le bloc-batterie et le met sur la ligne de production, il marque la dernière fois qu'un humain le touchera jusqu'à ce qu'il soit en morceaux", a déclaré McIntyre.
Limiter les interactions humaines est important à la fois pour la sécurité et l'efficacité. Les robots retirent rapidement les boulons et autres boîtiers quelle que soit la charge restante, tandis que les opérateurs humains doivent entreprendre un processus long et exigeant pour décharger les batteries usagées avant de les décomposer manuellement. Le démontage automatisé réduit l'exposition humaine aux produits chimiques toxiques trouvés à l'intérieur des batteries et aux niveaux de puissance élevés qui approchent le niveau de 900 volts dans certains véhicules plus récents.
Le système automatisé, développé dans le cadre du Critical Materials Institute du DOE, ou CMI, peut être facilement reconfiguré sur n'importe quel type de pile de batteries. Il peut être programmé pour accéder uniquement aux modules de batterie individuels pour la remise à neuf ou la réutilisation comme stockage d'énergie stationnaire, ou les batteries peuvent être démontées jusqu'au niveau de la cellule pour la séparation et la récupération des matériaux.
Le travail s'appuie sur l'expertise développée dans les précédents projets ORNL pour le CMI qui se sont concentrés sur le démontage robotique de disques durs pour la récupération d'aimants de terres rares. Les ingénieurs ont également prouvé que ces aimants peuvent être directement réutilisés dans les moteurs électriques.
« Le démontage automatique des composants contenant des matériaux critiques élimine non seulement le démontage manuel à forte intensité de main-d'œuvre, mais fournit un processus efficace pour séparer les composants en flux de valeur plus élevés où les matériaux critiques sont concentrés dans des matières premières individuelles pour le traitement de recyclage », a déclaré Tom Lograsso, directeur du CMI. . « Cette valeur ajoutée est un élément important de la mise en place d'un processus économiquement viable.
Les chercheurs suivent le même protocole à chaque fois : décomposer le composant utilisé manuellement et collecter des données sur ce processus pour créer les outils et les contrôles robotiques nécessaires pour piloter un système automatisé, a déclaré Jonathan Harter, membre de l'équipe du projet ORNL.
« L'industrie n'est pas limitée par la quantité de batteries qu'elle peut utiliser dans ce processus. Il y a déjà un arriéré important accumulé. Le facteur limitant est le temps qu'il faut pour effectuer la décharge électrique et effectuer le démontage manuellement », a déclaré Harter. Il a estimé que pendant le temps nécessaire à certains processus pour démonter 12 piles de batteries à la main, le système automatisé pouvait en gérer 100 ou plus.
La prochaine étape pourrait être de développer le processus à l'échelle commerciale, et l'équipe de McIntyre voit également des opportunités d'appliquer le même type de système de démontage aux transmissions de véhicules électriques pour la récupération de matériaux tels que les aimants de terres rares, le cuivre, l'acier et l'électronique de puissance intacte. Pour rendre le recyclage plus économiquement faisable, il doit être effectué à haut débit et être suffisamment flexible pour traiter plusieurs produits de consommation dans une seule installation, a déclaré Harter.
« Si le marché des véhicules électriques s'accélère comme prévu au cours des 10 à 20 prochaines années, nous devrons nous attaquer au problème du flux de déchets et considérer ces véhicules et batteries usagés comme essentiels à la chaîne d'approvisionnement des matériaux de fabrication », a-t-il déclaré.