Examen et développement de technologies de recyclage durables pour une récupération efficace des minéraux critiques contenus dans les batteries
Aperçu du projet
Ce projet de recherche est axé sur la création de méthodes de recyclage durables pour les batteries en fin de vie, en particulier les batteries lithium-ion (Li-ion) et les batteries au lithium métallique. L’objectif est de relever les défis croissants du cycle de vie des batteries qui touchent à la fois l’industrie et les consommateurs.
L’équipe étudie des procédés pyrométallurgiques avancés, des techniques de séparation chimique et d’autres technologies de recyclage pour récupérer des minéraux précieux comme le lithium et le cobalt. Les développements futurs pourraient également viser la récupération du nickel, du manganèse, du plomb, du cadmium, de l’aluminium et du cuivre en vue de leur réutilisation dans la production de nouvelles batteries.
Les résultats attendus comprennent la mise au point de technologies de recyclage à haute efficacité, une diminution de la consommation d’énergie pendant le traitement et une réduction considérable de l’empreinte environnementale provenant des déchets de batteries. L’objectif étant un taux d’efficacité de récupération du lithium de 90 %, le projet soutient une gestion responsable du cycle de vie des batteries ainsi que la conservation des ressources. Il contribue directement à une approche d’économie circulaire qui profite tant à l’environnement qu’à la société.
Renseignements clés
| Chercheur principal | Zhi Chen, professeur de génie du bâtiment, civil et environnemental, Université Concordia |
Cochercheurs principaux |
Gaixia Zhang, professeure de l’École de technologie supérieure (ÉTS); Jinguang Hu, professeur agrégé de génie chimique et pétrolier, Université de Calgary; Catherine Mulligan, professeure de génie du bâtiment, civil et environnemental, et directrice de l’Institut de recherche sur l’eau, l’énergie et les systèmes durables, Université Concordia; Sixu Deng, professeur adjoint, Département de génie chimique et des matériaux, Université Concordia; Fariborz Haghighat, professeur de génie du bâtiment, civil et environnemental, Université Concordia; Qin Xin, chercheuse scientifique, CanmetÉNERGIE |
Collaborateurs de recherche |
Xiaolei Wang, Zeyu Yang |
| Partenaires non universitaires | CanmetÉNERGIE; SepPure Inc.; AutoX Inc.; Dagua Inc. |
| Mots-clés de la recherche | Électrification, recyclage, minéraux critiques, économie circulaire, batterie, solvants verts |
| Budget | En espèces : 200 000 $ En nature : 260 000 $ |
Publications:
J. Goudarzi et al., “Sustainable Recovery of Critical Metals from Spent Lithium-Ion Batteries Using Deep Eutectic Solvents,” Batteries, vol. 11, no. 9, p. 340, Sep. 2025, doi: 10.3390/batteries11090340.
Z. Yang, Z. Chen, and K. Lee, “Development, Testing, and Application of an Enhanced Oil Spill Model for Ice-Covered Waters (OSMT-Ice) through Multiscale Field Experiments,” Environ. Sci. Technol., vol. 59, no. 35, pp. 18870–18880, Sep. 2025, doi: 10.1021/acs.est.5c05850.
H. Yan et al., “Study on optimization of prediction models for small-scale oil spill area: Impacts of wind and waves,” Process Safety and Environmental Protection, vol. 201, p. 107595, Sep. 2025, doi: 10.1016/j.psep.2025.107595.
X. Wang et al., “Konjac glucomannan (KGM) aerogel immobilized microalgae: A new way for marine oil spills remediation,” Marine Pollution Bulletin, vol. 218, p. 118158, Sep. 2025, doi: 10.1016/j.marpolbul.2025.118158.
X. Wang et al., “Enhanced biodegradation of crude oil by phosphate-solubilizing bacteria Bacillus subtilis PSB-1: Overcoming soluble phosphorus deficiency,” Journal of Environmental Management, vol. 391, p. 126426, Sep. 2025, doi: 10.1016/j.jenvman.2025.126426.
S. Sajedi, C. An, and Z. Chen, “Unveiling the hidden chronic health risks of nano- and microplastics in single-use plastic water bottles: A review,” Journal of Hazardous Materials, vol. 495, p. 138948, Sep. 2025, doi: 10.1016/j.jhazmat.2025.138948.
E. A. Elobaid, O. Yigiterhan, E. M. A. S. Al-Ansari, Z. Chen, Y. E. Mohieldeen, and R. Abdalla, “Ecological risk assessment of heavy metals in the marine sediments associated with the petroleum hydrocarbon industry in the central Arabian Gulf,” Journal of Hazardous Materials Advances, vol. 19, p. 100749, Aug. 2025, doi: 10.1016/j.hazadv.2025.100749.
L. Ding et al., “Study on preparation, photocatalytic performance and degradation mechanism of Bi2WO6/Bi2S3/g-C3N4 composite,” Inorganic Chemistry Communications, vol. 178, p. 114542, Aug. 2025, doi: 10.1016/j.inoche.2025.114542.
Z. Yang, Z. Chen, and K. Lee, “GOOSM: A GIS-based offshore oil spill management tool for enhanced response and preparedness,” Marine Pollution Bulletin, vol. 216, p. 118009, Jul. 2025, doi: 10.1016/j.marpolbul.2025.118009.
Z. Wang, Z. Chen, I. Shahid, Z. Asif, and F. Haghighat, “Indoor Air Quality Assessment Through IoT Sensor Technology: A Montreal–Qatar Case Study,” Atmosphere, vol. 16, no. 5, p. 574, May 2025, doi: 10.3390/atmos16050574.
Y. Gao et al., “The removal of high Se(IV) and Cd(II) concentrations in sulfur autotrophic reactor based on the ‘hibernation-like microbial survival strategy,’” Journal of Hazardous Materials, vol. 485, p. 136944, Mar. 2025, doi: 10.1016/j.jhazmat.2024.136944.
J. Fu et al., “Coupled electron transfer and community assembly of the bi-functional PMo12@MIL-88A (Fe) based on surface-confinement microenvironments to accelerate nitrate bioreduction,” Biochemical Engineering Journal, vol. 215, p. 109608, Mar. 2025, doi: 10.1016/j.bej.2024.109608.
A. A. Dar et al., “Sustainable Extraction of Critical Minerals from Waste Batteries: A Green Solvent Approach in Resource Recovery,” Batteries, vol. 11, no. 2, p. 51, Jan. 2025, doi: 10.3390/batteries11020051.
D. He, X. Zhang, Y. Liu, Z. Chen, X. Nie, and K. Wang, “Navigating the Dynamics: Modeling of Wave Propagation at Taiping Bay Port for Enhanced Design and Management,” JMSE, vol. 13, no. 1, p. 89, Jan. 2025, doi: 10.3390/jmse13010089.
J. Yan, Q. Luo, B. Zhu, Z. Chen, and Q. Chen, “Radiation tolerance and biodegradation performance of a marine bacterium Acinetobacter sp. Y9 in radioactive composite oil‐contaminated wastewater,” Water Environment Research, vol. 97, no. 1, p. e70005, Jan. 2025, doi: 10.1002/wer.70005.
Y. Hao et al., “Study on the mechanism of regulating micromolar Fe utilization and promoting denitrification by guanosine monophosphate (GMP) based multi-signal functional material Hematin@Fe/GMP,” Journal of Environmental Management, vol. 373, p. 123610, Jan. 2025, doi: 10.1016/j.jenvman.2024.123610.
J. Fu et al., “Amorphous Cu/Fe nanoparticles with tandem intracellular and extracellular electron capacity for enhancing denitrification performance and recovery of co-contaminant suppressed denitrification,” Bioresource Technology, vol. 416, p. 131812, Jan. 2025, doi: 10.1016/j.biortech.2024.131812.
Z. Du et al., “Effect of konjac glucomannan aerogel‐immobilized Chlorella vulgaris LH‐1 on oil‐contaminated seawater remediation and endogenous bacterial community diversity,” Water Environment Research, vol. 97, no. 1, p. e70009, Jan. 2025, doi: 10.1002/wer.70009.
H. Bi et al., “Oil spills in coastal regions of the Arctic and Subarctic: Environmental impacts, response tactics, and preparedness,” Science of The Total Environment, vol. 958, p. 178025, Jan. 2025, doi: 10.1016/j.scitotenv.2024.178025.
H. Wang, L. Zhang, J. Ji, A. Wang, J. Wen, and Z. Chen, “Synergistic adsorption mechanism of heavy metals on zinc oxide/phosphate modified gel–biochar composites,” Anal. Methods, vol. 17, no. 15, pp. 2948–2960, 2025, doi: 10.1039/D4AY01488J.
H. Bi, C. N. Mulligan, K. Lee, B. Zhang, Z. Chen, and C. An, “Nanotechnology for oil spill response and cleanup in coastal regions,” Environ. Sci.: Nano, vol. 12, no. 1, pp. 41–47, 2025, doi: 10.1039/D4EN00954A.
Z. Yang, Z. Chen, Q. Xin, and K. Lee, “Assessment of risk for aromatic hydrocarbons resulting from subsea Blowouts: A case study in eastern Canada,” Environment International, vol. 194, p. 109136, Dec. 2024, doi: 10.1016/j.envint.2024.109136.
Y. Hao et al., “Fe/GMP functional nanomaterial enhancing the denitrification efficiency by bi-signal regulation: Electron transfer and microbial community,” Bioresource Technology, vol. 413, p. 131533, Dec. 2024, doi: 10.1016/j.biortech.2024.131533.
S. Zhou et al., “An integrated environmental and economic assessment for the disposal of food waste from grocery retail stores towards resource recovery,” Environ Sci Pollut Res, vol. 31, no. 54, pp. 63325–63342, Oct. 2024, doi: 10.1007/s11356-024-35402-3.
A. Ahmed Dar, Z. Chen, M. F. Sardar, and C. An, “Navigating the nexus: climate dynamics and microplastics pollution in coastal ecosystems,” Environmental Research, vol. 252, p. 118971, Jul. 2024, doi: 10.1016/j.envres.2024.118971.
Z. Chen, Z. Yang, K. Lee, and Y. Lu, “Managing deepsea oil spills through a systematic modeling approach,” Journal of Environmental Management, vol. 360, p. 121118, Jun. 2024, doi: 10.1016/j.jenvman.2024.121118.
H. Song et al., “Quantification and uncertainty of global upland soil methane sinks: Processes, controls, model limitations, and improvements,” Earth-Science Reviews, vol. 252, p. 104758, May 2024, doi: 10.1016/j.earscirev.2024.104758
Y. Zhu, H. Cao, Z. Gao, and Z. Chen, “A DiffeRential Evolution Adaptive Metropolis (DREAM)-based inverse model for continuous release source identification in river pollution incidents: Quantitative evaluation and sensitivity analysis,” Environmental Pollution, vol. 347, p. 123448, Apr. 2024, doi: 10.1016/j.envpol.2024.123448.
H. Zhang et al., “Inoculation of chromium-tolerant bacterium LBA108 to enhance resistance in radish ( Raphanus sativus L.) and combined remediation of chromium-contaminated soil,” Environ. Sci.: Processes Impacts, vol. 26, no. 6, pp. 1064–1076, 2024, doi: 10.1039/D3EM00556A.
Publications acceptées dans des conférences nationales et internationales:
Z. Chen, “The escalating demand for critical metals such as lithium, cobalt, and nickel, driven by the proliferation of lithium-ion batteries, necessitates sustainable and efficient recycling methods,” presented at the the Third International Conference on Olivines for Rechargeable Batteries (OREBA III), Jul. 2025.
Z. Chen, “Sustainable metal recovery from spent LIBs using green DES,” presented at the the Third International Conference on Olivines for Rechargeable Batteries (OREBA III), Jul. 2025.
Z. Chen, “Green solvent-assisted mineral recovery from lithium-ion batteries: Insights into temperature, time, and calcination with electronics applications,” presented at the Volt-Age Annual Conference, Mar. 2025.
Zhi Chen: GCS Research Excellence Award - Tier I, Concordia University, April 6, 2025.
But de la recherche
Innovation en matière de solvants verts
Le projet étudie l’utilisation de solvants écologiques, en particulier les solvants eutectiques profonds (DES), pour transformer les pratiques de recyclage des batteries. Bien que les DES soient très polyvalents, les formulations optimales pour la récupération des métaux restent sous-développées. Cette recherche vise à combler cet écart et à faire progresser des méthodes de production de batteries plus écologiques.
Liants organiques
L’un des principaux obstacles au recyclage des batteries lithium-ion est la présence de liants organiques, en particulier le polyfluorure de vinylidène (PVDF). Ces composés compliquent la séparation des matériaux de cathode. L’équipe de recherche travaille sur de nouvelles stratégies pour surmonter ce problème et améliorer les processus de récupération des matériaux.
Faible taux de récupération
Malgré la demande croissante de Li-ion, les taux mondiaux de recyclage demeurent faibles. Ce volet de la recherche vise à augmenter ces taux au moyen d’innovations conformes aux principes de l’économie circulaire. Ce faisant, l’équipe soutient une fabrication de batteries plus durables et la réduction des déchets.
Partenaires non universitaires
Merci à nos partenaires non universitaires pour leur soutien et leur confiance.
