Recyclage de batteries par la synthèse de matériaux à haute valeur ajoutée

Thibault B.

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Recyclage de batteries par la synthèse de matériaux à haute valeur ajoutée

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Thèmes abordés

Recyclage de batteries, synthèse de matériaux à haute valeur ajoutée, CEA de Marcoule, énergie atomique, énergie alternative, batteries Li-ion, stockage du gaz, électrolyse, batterie de type NMC, nickel, manganèse, cobalt, metals organic framework, rapport de stage

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Résumé du document

Le CEA de Marcoule est l'un des 10 centres de recherche du commissariat de l'énergie atomique et aux énergies alternatives. Il a été fondé en 1955 et représente le site le plus important en terme industriel et scientifique du Gard. Il est également le premier employeur dans le secteur de la chimie de la région Occitanie avec plus de 5000 salariés. De nombreux acteurs de la région sont présents sur le site tel que l'usine de traitement–recyclage du groupe ORANO ou encore Atalante, qui est l'infrastructure nucléaire la plus importante et récente au monde sur la recherche et le développement de la chimie des actinides.

Sommaire

Description du CEA et de l'ICSM
1. Le CEA de Marcoule
2. L'Institut de Chimie Séparative de Marcoule
Introduction
1. Fonctionnement batterie Li-ion
2. Les MOFs
3. Présentation du projet de stage
Synthèses et études des MOFs
1. Préparation des différentes solutions mères
2. Vérification de la méthode de synthèse des MOFs
3. Optimisation de la méthode de synthèse des MOFs
Conclusions et perspectives

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Extraits

[...] 2e étape de synthèse : Figure 10 : Schéma du procédé en multi-étage % Solution HCl métaux Solution HNO3 Tableau 5 : Résultat ICP-AES de la 2e étape avec 100% de DMF Échantillon Masse Masse Masse Observation Masse obtenue ligand eppendorf eppen.+poudre + poudre blanche + poudre blanche + poudre blanche ) poudre bleue ) poudre bleue ) poudre bleue Tableau 6 : Données sur la 2e étape avec 100% de DMF Pour la deuxième étape de la synthèse, on remarque que le nickel précipite en quantité plus importante que nos autres métaux (Tableau 5). Le manganèse et le cobalt précipitent en même temps que le nickel sauf pour HNO3 ou la quantité de cobalt est négligeable. On retrouve bien les métaux présents dans les batteries NMC. Ces matériaux seront ensuite analysés par DRX/MEB. À la précédente étude pour HNO3, le cuivre avait été majoritaire à cette étape. [...]

[...] Pour notre échantillon H2SO4-BDC, on voit que pour les trois zones analysées, il y a une majorité d'aluminium. La morphologie est homogène et représente des bâtonnets (figure 28). Elle diffère de la morphologie habituelle de l'aluminium formée avec le BTC, le changement de ligand a bien modifié la morphologie. Pour le H2SO4-Bipy, cet échantillon est composé de cuivre. La structure possède un même motif avec des bâtonnets (figure mais ceux-ci sont plus imposants et striés. Certains font 25 µm de longueur ou plus selon les endroits. [...]

[...] Disponible sur: http://www.biu-montpellier.fr/florabium/jsp/nnt.jsp?nnt=2017MONTT174 Long R. Yaghi M. O (2009). The pervasive chemistry of metal–organic frameworks [en ligne]. Disponible sur: https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2009/CS/b903811f# divAbstract Shengqian Ma, Daofeng Sun, Ambrogio M (2017). Department of Chemistry & Biochemistry, Miami University, Oxford. Framework-Catenation Isomerism in Metal−Organic Frameworks and Its Impact on Hydrogen Uptake [en ligne]. Disponible sur: https://pubs.acs.org/doi/ 10.1021 /ja067435s Russel&lE. Morris Prof., Pau&lS. [...]

[...] Institut des Sciences Analytiques et de Physicochimie pour l'Environnement et les Matériaux [en ligne]. Disponible sur : http://gvallver.perso.univ- pau.fr/doc/BatterieLiion.pdf : Perez Navarro Amador Carboni Meyer D (2016). In-situ precipitation of Metal-Organic Frameworks from a simulant battery waste solution. Materials Letters [en ligne], n°167, 188-191. Disponible sur : https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0167577X1531079X Janiak Vieth K. J (2010). MOFs, MILs and more: concepts, properties and applications for porous coordination networks (PCNs) [en ligne]. Disponible sur: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2010/nj/c0nj00275e# divAbstra ct Navarro Meyer Carboni Julbe Steunou Canivet Loiseau T (2017). [...]

[...] Les pics pour la synthèse en mutli-étape sont aussi différents. On peut penser que les matériaux obtenus ne sont pas similaires. Figure 25: Photo de l'échantillon H2SO4-BDC au MEB Figure 26 : Photo de l'échantillon H2SO4-Bipy au MEB Figure 27 : Photo de l'échantillon H2SO4-BTC au MEB Figure 28 : Photo de l'échantillon H2SO4-BDC au MEB Figure 29 : Photo de l'échantillon H2SO4-Bipy au MEB Figure 30: Photo de l'échantillon H2SO4-BTC au MEB Voici les endroits où ont été réalisées les analyses des métaux (figure 25,26 et 27). [...]

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