Les batteries au lithium-ion sont défectueuses et doivent être mises à niveau

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Batteries lithium-ion

La première batterie rechargeable au plomb-acide a été développée en 1859 par un physicien Gaston PlantyEt en 1980, développer le monde John Goodnav Batterie cathodique au lithium-oxyde de cobalt, commercialisée par Sony et utilisée pour les batteries de téléphones portables en 1991, et pour cette réalisation, Godnav a reçu le prix Nobel en octobre avec ses collègues chimistes M. Stanley Whittingham et Akira Yoshino.

Les batteries au lithium-ion fonctionnent en combinant la cathode d'oxyde de lithium (électrode positive) avec l'anode (électrode négative) et l'électrolyte (séparateur) utilisé comme conducteur, lorsque la batterie est chargée et déchargée, les ions se déplacent entre les électrodes et génèrent de l'énergie qui la batterie peut alors utiliser.

Seules cinq entreprises au Japon, en Chine et en Corée du Sud produisent 62% des batteries lithium-ion dans le monde. La demande a considérablement augmenté depuis 2015, lorsque la Chine a commencé à pousser de manière agressive la production nationale de véhicules électriques parallèlement à la croissance mondiale continue des ventes de smartphones, tablettes et ordinateurs portables.

La Chine fabrique actuellement 60% des véhicules électriques dans le monde et tente de sécuriser le contrôle du lithium, un minéral naturel abondant présent dans l'eau salée et principalement produit en Amérique du Sud, en particulier en Bolivie, au Chili et en Argentine.

La société chinoise Tianqi Lithium a payé l'année dernière 4 milliards de dollars pour une participation dans la société minière chilienne Sociedad Química y Minera, lui donnant ainsi le contrôle de plus de la moitié de la production mondiale de lithium, et l'industrie sur laquelle Tianqi se concentre est le marché des batteries lithium-ion. , dont la taille devrait augmenter. De 33 milliards de dollars en 2018 à plus de 73 milliards de dollars d'ici 2024, selon le cabinet d'études de marché Global Market Insights.

Inconvénients des batteries lithium-ion

Le lithium (appelé or blanc) est un élément chimiquement actif par rapport à d'autres éléments, et en Amérique du Sud, qui produit la majorité du lithium dans le monde, l'or blanc est extrait des surfaces salines, mais la méthode utilisée est très consommatrice d'eau en un des régions les plus arides du monde, comme pour le cobalt Un autre minéral nécessaire à la production de batteries, se trouve presque exclusivement en République démocratique du Congo, et il est extrait par des pratiques dangereuses, y compris l'utilisation d'enfants comme main-d'œuvre pour extraire cobalt.

De plus, les batteries lithium-ion sont actuellement trop chères pour être recyclées, ce qui signifie qu'elles se retrouvent souvent dans des décharges, et les Américains se débarrassent d'environ deux milliards de batteries lithium-ion chaque année. Recyclez les batteries de véhicules électriques qui peuvent encore conserver 70% de leur charge même après de nombreuses années d'utilisation.

Malgré l'augmentation rapide de la demande, les batteries lithium-ion présentent d'autres inconvénients, tels que des problèmes de sécurité et des dommages environnementaux, car le lithium-ion est un matériau intrinsèquement instable et cela signifie qu'il peut exploser lorsqu'il est endommagé ou exposé à une chaleur élevée.195 incendies et explosions entre 2009 et 2017, y compris les problèmes notables rencontrés par le Samsung Galaxy Note 7 en 2016.

Solutions alternatives

Certains chercheurs et technologues tentent de relever ces défis et inconvénients des batteries lithium-ion jusqu'à présent, tandis que d'autres travaillent sur le processus d'évolution lente pour trouver une alternative au lithium-ion car l'ammoniac, le magnésium et le sodium sont tous en cours de développement. et tous ont leurs inconvénients, notamment une faible rétention d'énergie et une volatilité des matériaux.

«Il existe deux technologies de batteries principales qui démontrent des capacités étonnantes pour l'industrie de la voiture électrique au cours de la prochaine décennie», déclare Jarvis Toe, vice-président exécutif du marketing et des produits chez Enevate Corporation, une société de batteries au lithium-ion basée à Irvine, en Californie. est une substance active capable de stocker le lithium et possède une conductivité électrique élevée.

Un autre développement majeur est la réduction ou l'élimination du cobalt, qui représente actuellement 20% du coût des matériaux utilisés dans une batterie lithium-ion ordinaire, et le prix du cobalt est passé de 20 $ la tonne métrique en 2016 à environ 80 $. aujourd'hui, l'élimination du cobalt est la clé pour réduire le coût.Les batteries au lithium-ion, c'est pourquoi Panasonic et Tesla s'efforcent d'éliminer le cobalt de leurs batteries.

«Les technologies de cathode à faible teneur en cobalt ou sans cobalt peuvent aider à continuer de réduire le coût des batteries de VE pour obtenir des VE plus abordables et certifiés plus rapidement, car les cathodes continuent d’être le composant le plus cher d’une cellule au lithium-ion d’aujourd’hui, et les technologies des anodes qui dominent le silicium offre des capacités de charge très rapides ainsi que des densités d'énergie élevées et des fonctions de sécurité. »

Les équipes de recherche ont exploré avec succès l'utilisation d'électrodes d'oxyde de magnésium et de chrome et de nanofils d'or pour remplacer le cobalt dont les cathodes sont généralement constituées, en plus de batteries «rechargeables» qui peuvent reconstituer les électrolytes. Une future centrale électrique en bordure de route pourrait recharger votre véhicule électrique avec un nouvel électrolyte lorsque le besoin, ce qui supprime le problème d'autonomie qui est actuellement un problème majeur pour les véhicules à batterie lithium-ion.

Bill Ray, responsable du secteur des semi-conducteurs et de l'électronique chez la société d'études de marché Gartner, affirme que le moussage du cuivre peut remplacer le lithium-ion en moins de cinq ans, et qu'il est proche de la production, et avec une anode plus grande, ce qui signifie qu'il peut être chargé. très rapidement. Bien sûr ce que veulent les consommateurs.

Plusieurs entreprises, dont Ford, développent des batteries à l'état solide, qui fonctionnent en remplaçant un séparateur d'électrolyte liquide par un solide, et une gamme de matériaux potentiels sont à l'étude, notamment de nouveaux matériaux cristallins, du silicium polycristallin LTPS et le conducteur d'hydrure de lithium superionique. , Et l'électrolyte céramique.

Technologies du futur

L'utilisation de solides peut entraîner une capacité de batterie plus élevée tout en réduisant le risque d'incendie ou d'explosion, bien que ces matériaux soient loin d'être la production courante. Les Laboratoires fédéraux suisses pour la science et la technologie des matériaux et l'Université de Genève ont également créé un nouveau prototype de batterie Dans son intégralité, cette batterie a le potentiel d'être plus efficace que le lithium-ion, a de plus grandes capacités et offre des niveaux élevés de sécurité.

"Si vous pouvez maîtriser une charge sans fil fiable sur un mètre, la technologie de la batterie elle-même devient beaucoup moins importante." «Bien que des premiers essais soient en cours avec des systèmes de batteries à semi-conducteurs, la technologie à semi-conducteurs présente actuellement des inconvénients en termes de technologie et de prix», déclare Sven Schulz, PDG de la société allemande AKASOL pour les batteries haute performance.

Il s'attend à ce que les batteries à semi-conducteurs entrent sur le marché d'ici 2030, bien qu'il pense que les batteries lithium-ion resteront la meilleure option pendant au moins les dix prochaines années, car si le développement de la technologie lithium-ion n'est pas un processus révolutionnaire, il est amélioration pas à pas de 2% à 5%.% Par an Adhérer à cette technologie jusqu'à l'émergence d'une nouvelle technologie expérimentale est la bonne chose à faire.

À long terme, certains experts ont une vision complètement différente de l'avenir de l'alimentation par batterie, Ray dit que la charge par induction sans fil ou en intérieur via un coussin dans un garage, une rue ou un parking en ville est monnaie courante.

"Pour le moment, la charge sans fil n'est pas vraiment meilleure que la charge avec un câble. Si vous pouvez maîtriser une charge sans fil fiable sur un mètre, la technologie de la batterie elle-même devient beaucoup moins importante. Votre appareil dépend constamment de la charge."

Certains acteurs du secteur de l'énergie prévoient que le stockage d'énergie domestique, comme le Powerwall de Tesla, deviendra la norme, car les unités contiennent des batteries lithium-ion rechargeables capables de stocker 13.5 kilowattheures d'électricité, suffisamment pour alimenter une maison de taille moyenne pendant une journée. la demande augmente à mesure que de plus en plus de maisons sont équipées de panneaux solaires et d'éoliennes, et vous devez stocker cette énergie.

Enfin, à mesure que notre dépendance à l'égard de différents types de batteries augmente, l'incitation commerciale augmentera pour explorer de nouvelles solutions plus fiables et efficaces, et pour cela, nous devons acquérir plus d'expérience en chimie, physique, ingénierie et science des matériaux afin de nous unir. et il est crucial que nous ayons une vague de collaboration massive qui relève les défis.Développement de nouvelles technologies de batterie.

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