Comment fonctionnent les batteries lithium-ion ?
Une batterie lithium-ion se compose de deux électrodes avec une sorte de structure tunnel ou couche : une électrode en graphite (négative) et une électrode en oxyde métallique de lithium (positive ; oxyde de lithium-nickel, oxyde de lithium-cobalt). Les deux électrodes sont séparées par un séparateur (plastique microporeux, tel qu’un film de polyéthylène) pour éviter un court-circuit. Ce séparateur est perméable aux ions lithium. Un autre composant est un électrolyte (un solvant liquide, sans eau, mais inflammable), qui conduit les ions lithium. Lors de la charge, les pôles négatif et positif sont connectés. Les électrons sont retirés de l’électrode positive ; Des ions lithium sont libérés. Ceux-ci migrent dans l’électrolyte vers l’électrode négative, où ils sont stockés entre les niveaux moléculaires du graphite. L’utilisation de matériaux très légers comme le lithium ou le carbone se traduit par la forte densité énergétique de ce type de batterie. Lors de la décharge, les électrons sont libérés de l’électrode négative vers le circuit externe et les ions Li+ stockés dans l’électrolyte pendant le processus de charge sont libérés. Ceux-ci retournent vers l’électrode positive.
Pourquoi ces batteries sont-elles si populaires ?
Lorsqu’il s’agit d’alimenter de petits appareils portables, la batterie lithium-ion constitue actuellement le dernier recours. « Il n’existe pratiquement aucune alternative viable aux batteries lithium-ion pour les petites applications mobiles telles que les téléphones portables et les ordinateurs portables, et peu de choses changeront au cours des dix à quinze prochaines années », déclare Hermann Kronberger, professeur à l’Institut des technologies et analyses chimiques de l’Université technique de Vienne. Ils offrent une densité énergétique élevée dans un espace réduit et donc une capacité de stockage élevée avec un faible poids. Au cours du développement de ce type, diverses mesures de sécurité (physiques et chimiques) ont été installées. Compte tenu du nombre élevé de Li -Batteries ioniques utilisées dans le monde entier, elles sont généralement considérées comme sûres d’un point de vue opérationnel Autres avantages : La technologie peut être utilisée dans différentes formes de boîtier, ne nécessite aucun entretien et présente une faible autodécharge.
Pourquoi les batteries peuvent-elles exploser ?
Les batteries lithium-ion sont particulièrement sensibles à la chaleur externe. Le séparateur peut fondre, provoquant un court-circuit et une inflammation. De plus, les piles au lithium rechargeables contiennent un composé organique comme électrolyte inflammable. Le lithium réagit violemment avec l’eau et l’oxygène. « En général, il est toujours dangereux qu’il y ait de grandes quantités d’énergie dans un petit espace », explique Kronberger. Des dysfonctionnements des batteries peuvent également survenir si des erreurs surviennent lors de la fabrication des batteries, si la conception complète de l’appareil final concerné est incorrecte. (par exemple parce que… les cellules se touchent) ou les effets de la saleté (comme la poussière fine) ne sont pas évités. Les causes des récents problèmes avec les appareils Samsung n’ont pas encore été déterminées ; les batteries ne proviennent apparemment pas de la propre filiale de l’entreprise. , mais d’un fabricant chinois. Il y a des spéculations sur un chargement rapide et des défauts de conception.
Quelles sont les implications des affaires récentes ?
Les batteries lithium-ion ne sont pas seulement utilisées dans les téléphones portables, les tablettes et les ordinateurs portables, mais aussi, entre autres, dans les cigarettes électroniques et les voitures électriques. Avec les cigarettes électroniques, des explosions ayant entraîné des blessures au visage ont été signalées. Cependant, cela est probablement dû en grande partie à l’utilisation de batteries inadaptées, combinées à d’autres composants de notre propre initiative. Dans les voitures électriques, les batteries en feu, voire en explosion, pourraient être bien plus dangereuses, simplement en raison de leur taille. Cependant, les fabricants installent des dispositifs de sécurité, comme un contrôle constant de la température.
Quel rôle joue le lithium ?
La matière première la plus importante pour la production de ces batteries est le lithium, que l’on trouve principalement dans les salines d’Amérique du Sud. Une grande quantité d’eau est utilisée pour obtenir le carbonate de lithium nécessaire à un traitement ultérieur, c’est pourquoi la demande croissante a des conséquences sur l’environnement. « Le lithium devient de plus en plus intéressant car, contrairement à avant, il est également utilisé dans l’électromobilité », explique Stefan Luidold, de la chaire de métallurgie des non-ferreux à l’université Montan de Leoben. Les prix ont augmenté ces dernières années, mais pas encore de manière significative. » L’évolution des prix dépendra de l’évolution de la mobilité électrique « , explique Luidold. Une utilisation accrue comme stockage d’énergie est également envisageable. La demande en lithium pourrait également augmenter avec le développement des énergies alternatives, car un tel stockage est nécessaire pour compenser les fluctuations typiques (par exemple dans le cas de l’énergie éolienne et de l’énergie solaire).
Quelles considérations économiques jouent un rôle ?
Les smartphones et les tablettes doivent être puissants mais abordables – et les batteries jouent un rôle important à cet égard. Kronberger : « La sécurité de fonctionnement est en partie contrecarrée par la tentative d’obtenir des performances et des capacités de stockage toujours plus élevées de ces batteries. » Mais plus l’énergie stockée est importante, plus le potentiel de risque est grand. Autre point : les batteries sont installées en permanence dans de nombreux smartphones, de sorte qu’elles ne peuvent pas être remplacées vous-même. Étant donné que les batteries Li-Io ont une durée de vie estimée à un maximum de trois à quatre ans, si elles meurent, c’est tout le smartphone qui est détruit. Pour les fabricants, les batteries installées en permanence sont un bon moyen d’encourager les clients à achetez-en de nouveaux. Motiver les produits.
Existe-t-il des alternatives à la batterie Li-Io ?
À peine sur les appareils mobiles pour le moment. « La technologie peut généralement être considérée comme sûre et la recherche continue pour améliorer la sécurité », explique Atanaska Trifonova, responsable de la recherche sur les batteries à l’AIT (Institut autrichien de technologie). Les batteries zinc-air sont également utilisées comme dispositifs de stockage dans les voitures électriques. et les batteries lithium-soufre sont possibles ; comme les piles à combustible, cependant, les inconvénients l’emportent actuellement sur les inconvénients, par exemple en termes de conditions de fonctionnement. À l’AIT, des recherches sont menées sur une batterie magnésium-ion qui serait plus légère qu’une batterie Li -Batterie Io.
Les riches gisements de magnésium en Autriche constitueraient un avantage. Cette matière première est également plus respectueuse de l’environnement. « Mais nous en sommes encore à la recherche fondamentale et la préparation au marché n’est pas prévisible pour l’instant », explique Trifonova.
