batterie ionique au lithium
Les batteries au lithium-ion sont désormais un composant indispensable dans une grande variété d’appareils et de véhicules, allant des ordinateurs portables et des téléphones portables aux voitures hybrides et électriques. Leurs avantages vont de leur haute densité énergétique, de leur rechargeabilité et de leur légèreté (jusqu’à 70% plus légères que les batteries au plomb) ; à une sécurité accrue, sans produire de sous-produits toxiques comme le font les batteries au plomb ; de plus, elles ne génèrent pas de sous-produits toxiques comme les batteries au plomb ; c’est pourquoi leurs fabricants travaillent sans relâche au développement de meilleurs matériaux pour les cathodes et les anodes, ainsi que d’électrolytes solides garantissant des batteries à haute capacité pour une utilisation sûre – tout cela dans le seul but de préserver ces avantages !
Parmi les innovations récentes, on peut citer une batterie au lithium-ion qui utilise du poly(liquide ionique) comme électrolyte, au lieu de recourir à des solvants organiques volatils tels que le cobalt, utilisés comme matériau électrolytique dans les batteries au lithium-ion actuelles. Cette avancée révolutionnaire promet des densités énergétiques plus élevées à moindre coût, tout en réduisant la dépendance vis-à-vis de métaux coûteux et problématiques tels que le cobalt, que l'on retrouve dans les batteries au lithium-ion actuelles.
Les batteries au lithium-ion se composent d'une anode, d'une cathode, d'un séparateur et d'un électrolyte ; l'anode stocke les ions lithium tandis que la cathode sert de réservoir d'électrons ; le séparateur, quant à lui, empêche le flux d'électrons à l'intérieur de la batterie. Enfin, l'électrolyte transporte les ions lithium chargés positivement entre l'anode et la cathode pendant la décharge, puis les ramène vers l'anode pendant la charge, grâce à des processus d'intercalation/désintercalation qui se déroulent simultanément – ce processus est appelé, en termes techniques, « intercalation/désintercalation ».
Une anode, généralement composée de graphite, est associée à une cathode constituée de sulfures ou de nitrures métalliques ininflammables afin de stocker des ions lithium par intercalation ; ceux-ci s’intercalent physiquement entre les couches bidimensionnelles de carbone qui composent le graphite massif, à des fins de stockage. La décharge de la cellule implique une demi-réaction d'oxydation au niveau de l'anode, qui libère des ions lithium positifs tout en générant simultanément des électrons chargés négativement via le circuit externe ; pendant la décharge, l'anode subit une demi-réaction d'oxydation qui produit des ions lithium positifs, tandis que les électrons chargés négativement sont acheminés par le circuit externe vers la cathode, où se produit une demi-réaction de réduction et où le courant électrique circule à travers le circuit externe.
Il en existe de nombreux types, tels que les batteries lithium-ion 72 V, les batteries lithium 12 volts 20 Ah et les batteries lithium 20 Ah. Les réactions d'oxydoréduction doivent se dérouler à une température et dans des conditions optimales ; sinon, des modifications structurelles importantes pourraient réduire considérablement la capacité de la batterie et diminuer sa cyclabilité (mesure du nombre de cycles de charge et de décharge qu'une batterie peut supporter avant que sa capacité ne commence à diminuer), ce qui pourrait augmenter la pression interne des cellules et constituer un risque pour la sécurité des appareils mobiles tels que les tablettes et les smartphones.
