Batteries au plomb-acide
À propos
- Anode : plomb
- Cathode : dioxyde de plomb
- Électrolyte : solution de sulfate d'acide sulfurique/eau
- Type : rechargeable
- Tension nominale de la cellule : 2,1 volts
- Densité énergétique : 60 - 75 W·h/L
- Taux d'autodécharge mensuel : 3 - 20%
Avantages :
- Production peu coûteuse - les batteries au plomb-acide sont les batteries les moins chères à produire
- Recyclage efficace - le plomb-acide peut être recyclé facilement et efficacement
- Robuste & fiable - ces batteries fonctionnent dans diverses conditions
Inconvénients :
- Autodécharge - les batteries au plomb-acide perdent lentement leur charge au fil du temps
- Faible densité énergétique - cela explique en partie leur grande taille
- Contenu toxique - le plomb et l'acide sulfurique sont des substances dangereuses
Informations générales sur l'acide sulfurique
Les batteries au plomb-acide comptent parmi les toutes premières technologies de batteries. Elles ont été inventées en 1859 par Gaston Planté et commercialisées à partir de 1881. Il s’agissait également de la toute première batterie rechargeable au monde et, assez remarquablement, elle reste très populaire aujourd'hui.
Ces cellules ont une faible densité énergétique et un taux d'autodécharge élevé, mais elles sont toujours produites en raison de leur capacité à fournir un courant de pointé élevé, par exemple pour démarrer un moteur. De plus, elles sont peu coûteuses à produire, à entretenir et à recycler. En 2014, les ventes mondiales de batteries au plomb-acide atteignaient 44,7 milliards de dollars américains, faisant d'elles les batteries les plus vendues au monde, suivies par les batteries lithium-ion, NiMH et NiCd.
Le recyclage des batteries au plomb-acide a également commencé tôt. En 1912, Cadillac a introduit la 'batterie de démarrage', qui offrait une alternative au démarrage manuel des voitures. En raison de la valeur élevée du plomb-acide et du procédé relativement simple pour le récupérer des batteries automobiles, des initiatives commerciales de recyclage ont rapidement vu le jour.
Applications les plus courantes
De nos jours, les batteries au plomb-acide sont utilisées dans un nombre étonnamment élevé d'applications, principalement grâce à leur faible coût de production ainsi qu’à leur conception simple, robuste et fiable. Outre les systèmes de démarrage automobile, les cellules au plomb-acide sont utilisées pour alimenter des chariots de golf et des fauteuils roulants électriques, des bateaux, des systèmes d'énergie solaire, des batteries de secours pour les situations d'urgence, des feux de circulation temporaires, et bien plus encore.
Pourquoi recycler les batteries au plomb-acide ?
Le recyclage des batteries au plomb-acide est déjà bien établi, pour une raison simple : c'est rentable ! Mais au-delà de l'aspect financier, les cellules au plomb-acide sont principalement composées de plomb (un métal toxique qui peut s'accumuler dans notre corps) et d'acide sulfurique (une substance fortement corrosive, nocive en soi). Si elles ne sont pas éliminées correctement, ces batteries peuvent empoisonner les réserves d'eau, pénétrer dans le sol et nuire considérablement à notre santé et à l'environnement.
La dernière raison de recycler les batteries au plomb-acide est positive : c'est simple et extrêmement efficace. En général, le recyclage des piles et batteries est énergivore et plus coûteux que l'extraction de nouvelles matières premières. Cependant, la batterie au plomb-acide est un excellent exemple de recyclage en circuit fermée. En Belgique, 99% du plomb utilisé dans les batteries est recyclé ! Certains sources estiment que dans le monde, environ 98% de toutes les batteries au plomb-acide sont recyclées.
Principales étapes du processus
Une préoccupation croissante dans le recyclage des batteries au plomb-acide est la pureté des batteries livrés par les centres de tri. De nos jours, il existe des batteries automobiles lithium-ion, qui souvent ne peuvent pas être distinguées visuellement des batteries de démarrage à plomb-acide. Il y a même des cas où les batteries lithium-ion ont été "déguisées" en batteries au plomb-acide (avec une brique ou un poids lourd dans l'emballage, pour imiter le poids d'une batterie au plomb-acide) afin de réaliser un gain financier. De telles batteries représentent un grand risque pour les recycleurs, car il n'est pas toujours facile d'identifier leur contenu.
Par conséquent, les batteries automobiles lithium-ion finissent de plus en plus souvent dans le flux des batteries au plomb-acide, ce qui est extrêmement dangereux en raison des propriétés volatiles du lithium-ion. Ces cellules peuvent causer un incendie ou exploser lorsqu'elles sont chauffées, perforées ou physiquement endommagées, ce qui peut justement se produire pendant le processus de recyclage des batteries au plomb-acide. Cela est illustré dans cette vidéo.
Par conséquent, inspecter les flux de batteries triées avant le processus de recyclage est une étape nécessaire pour éliminer les cellules lithium-ion, les déchets et autres matériaux indésirable.
Les détails de nombreux procédés de recyclage des piles et batteries sont confidentiels ou brevetés, car ils résultent de recherches et d'investissements privés dans des technologies qui sont encore en cours de développement. Cependant, le recyclage des batteries au plomb-acide est transparent, en raison de la simplicité traditionnelle du procédé et de sa longue histoire.
Comminution
La première étape consiste à broyer les batteries dans un broyeur à marteaux afin de libérer l'électrolyte acide liquide. Celui-ci s'écoule des cellules et est recueilli pour un traitement ultérieur.
Séparation par densité
Les matériaux de batterie broyés sont presque entièrement composés de plomb et de plastiques. Ce mélange est soumis à une séparation par densité dans un bain d'eau, où les plastiques flottent à la surface et les métaux lourds coulent, permettant ainsi une séparation très efficace entre eux.
Processus pyrométallurgique
Le plomb métallique est fondu dans un four, en compagnie de quelques éléments ajoutés afin de séparer le plomb des impuretés. Une fois le mélange entièrement fondu, ces impuretés remontent à la surface et forment des scories (définition : particules étrangères, boue ou déchets minéraux, notamment l'écume qui se forme à la surface des métaux en fusion), qui sont ensuite raclées. Le plomb purifié est alors coulé en lingots de différentes tailles, refroidi et envoyé aux entreprises métallurgiques, souvent pour être directement réutilisé dans la production de batteries au plomb-acide.
Les plastiques sont également chauffés jusqu'à un état semi-liquide et transformés en petits granulés de polypropylène uniformes. Ces derniers peuvent être utilisés comme combustible dans des installations appropriées ou pour la fabrication de nouveaux plastiques.
Neutralisation et distillation
Enfin, la solution de l'acide sulfurique obtenue au début du processus est également traitée. Il existe deux manières de procéder : soit l'acide est neutralisé (en ajoutant une substance semblable au bicarbonate de soude), traité et rejeté sous forme d'eau (avec du dioxyde de carbone comme sous-produit), soit il est distillé pour séparer les cristaux de sulfate de sodium de l'acide, qui peuvent notamment être utilisés dans les détergents.
Les batteries au plomb-acide ont une fraction très élevée recyclable et représentent actuellement l'exemple le plus proche d'un système de batterie en 'circuit fermé', où les composants des anciennes batteries (plomb, plastiques, acide) sont recyclés pour créer de nouvelles batteries.
Produits finis
- Barres de plomb
- Granulés de polypropylène
- Sulfate de sodium / eau
Tendances futures
Les batteries au lithium-ion sont de plus en plus souvent retrouvées dans le flux des batteries au plomb-acide, ce qui crée des situations dangereuses. Certaines sources parlent d'une multiplication par dix des incidents rapportés. Cela se produit notamment parce que dans de nombreux pays, il faut payer pour recycler les cellules au lithium-ion usagées, tandis que les vieilles batteries au plomb-acide sont au contraire rentables. Cela incite évidemment à faire passer les batteries au lithium-ion pour des batteries au plomb-acide. Les centres de tri s'attaquent à ce problème étape par étape pour garantir un processus de recyclage plus sûr. De plus, les actions des régulateurs pour améliorer l'étiquetage obligatoire des batteries contribuent également à cet objectif.
Bien que les batteries au plomb-acide soient peut-être le produit le plus recyclé au monde, le plomb est historiquement l'un des plus grands polluants. Depuis les années 80, la pollution par le plomb dans l'air a diminué de 99 %, mais la fusion du plomb reste un processus ancien et nuisible pour l'environnement qui peut encore être amélioré. Des entreprises comme Aqua Metals développent des alternatives à la pyrométallurgie pour le traitement du plomb, telles que la galvanisation et les procédés hydrométallurgiques.
