Compréhension des phénomènes chimiques et catalytiques de la précipitation oxydante pour la récupération des métaux d’intérêts des batteries lithium ion

Le recyclage des batteries, de composition complexe (polymères, métaux ou plastiques), constitue un défi technologique de même que la recherche de procédés efficaces et peu impactant pour la récupération sélective de métaux de haute pureté (Co, Ni, Li).
Les procédés hydrométallurgiques s’imposent alors comme la méthode permettant la récupération sélective des métaux. Ils se composent d’étapes de lixiviation, de séparation puis de raffinage qui vont permettre l’obtention de sels de haute pureté. L’enjeu est de réduire les coûts de séparation pour obtenir des produits commercialisables par un procédé à faible impact environnemental.
Le CEA  LITEN a récemment identifié une nouvelle voie de précipitation oxydante qui permet d’atteindre des sélectivités comparables à des procédés préconisés pour leur sélectivité d’extraction (l’extraction liquide/liquide, les résines échangeuses d’ions, etc.) .Cela ouvre une nouvelle voie qui n’impose ni solvant, ni consommable, ni produit dangereux pour l’homme et l’environnement. Bien qu’efficace, l’obtention de puretés grade batteries > 99,99%, impose la maîtrise et la connaissance des processus mis en jeu. Un mécanisme catalytique opère entre les ions cobalt et les espèces persulfates, lequel s’apparente à un mécanisme de type Fenton. Il découle une boucle redox à l’origine de l’efficacité et de la sélectivité du procédé. 
Dans cette thèse, il est question d’étudier et d’identifier les intermédiaires réactionnels et leurs influences, notamment à l’aide d'électrodes interdigitées (IDE). L’utilisation d’IDE est adaptée à la détection efficace et sensible d'intermédiaires réactionnels dont la durée de vie est courte et la quantité faible. Le couplage de la précipitation oxydante à des outils spectroscopiques sera aussi considéré. Ces résultats viseront à l’amélioration de l’efficacité et de sélectivité de traitement pour une simplification des procédés hydrométallurgiques, une diminution des coûts économiques et des impacts environnementaux.
La thèse sera basée à Grenoble et se déroulera en collaboration avec le Laboratoire Réactions et Génie des Procédés (LRGP) de Nancy.

Le Laboratoire d'Innovation pour les Technologies des Energies nouvelles et les Nanomatériaux (LITEN) est un institut de la Direction de la Recherche technologique du CEA.Les activités du LITEN sont donc centrées sur trois grands domaines : énergies renouvelables et stockage, efficacité énergétique & limitation de CO2, synthèse et mise en œuvre des matériaux.

Formation: Bac +5.
Connaissances: Chimie, électrochimie, hydrométallurgie. Anglais technique courant.
Aptitudes requises :Fort intérêt pour l’expérimentation et la recherche, Bon relationnel, rigueur scientifique.
Début souhaité: Octobre 2023.