Une batterie lithium-ion, comment ça marche (et comment en prendre soin)?

Posted by Jean Vachon, Mechasys on oct. 03, 2020
Jean Vachon, Mechasys

 

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Nombreux sont nos outils, objets personnels, et même véhicules, propulsés par des batteries Lithium-ion. Ces petites boites d’énergie compactes nous permettent une mobilité et une productivité inconnues il n’y a pas si longtemps. Mais comment assurer leur durabilité? Comment fonctionnent-elles (voir la seconde partie de l’article)?

 

PRENDRE SOIN DES BATTERIES LITHIUM-ION

Durée de vie : elle se calcule en nombre de cycles complets de charge ET décharge.
 
Exemple 1 : en supposant une batterie totalement chargée au départ, 5 utilisations de l’outil produisant chacune une décharge de 20%, suivies elles-mêmes d’une recharge à 20 %, l’ensemble des 5 décharges et recharges représentent un cycle complet (5X20%=100%)

 

Exemple 2 : une batterie que vous avez déchargée à 50%, puis rechargée à 100%, aura subi un-demi cycle

 Pour une durée optimale des batteries lithium-ion, Il est conseillé :

- d’éviter les décharges complètes

- idéalement de ne pas décharger sous les 20% de charge

- d’éviter les températures froides et chaudes extrêmes (la température idéale d’entreposage est de 150c )

- de ne jamais les vider complètement avant le rangement

- mais plutôt de les ranger avec un niveau de charge entre 30 et 50%, elles conserveront ainsi leur capacité

- de favoriser des petites recharges fréquentes, au lieu de longues recharges moins nombreuses. Ces petites décharges génèrent moins de chaleur, vos batteries s’en porteront mieux

Après l’achat, la première charge doit être complète? Sur ce point, le débat est ouvert. Sachez que les manufacturiers livrent leurs produits avec une charge variant entre 30 et 50%. Alors aussi bien la compléter à 100% et vous serez fin prêt pour le travail

Le futur? Les recherches en cours sont nombreuses La compétition est vive, car une batterie de qualité supérieure, procurant durabilité et rapidité de recharge, représentent un avantage concurrentiel certain. L’utilisation d’un alliage lithium-silicium, au lieu du lithium-graphite, comme composé de l’anode est une solution très prometteuse. Les premières batteries de ce type devraient apparaître sur le marché en 2022. Elles offriront une recharge à 75% en 5 minutes, une capacité de 50% plus grande et seront moins coûteuses à fabriquer.

Remontons maintenant à l’époque lointaine de nos cours de chimie (sans aucun doute, vos cours préférés..) et revoyons quelques définitions :

atome: élément essentiel de toute matière, il est composé d’un noyau (positif) et d’électrons (négatifs). Dans son état stable, la charge de l’atome est neutre, c’est-à-dire que la charge positive du noyau et la charge négative des électrons s’équivalent

ion: un atome présentant une charge positive (par perte d’électrons) ou négative (par gain d’électrons). Dans le cas d’une batterie, nous nous intéressons aux ions positifs

électrolyte: substance conductrice, électriquement neutre, permettant le déplacement d’ions. L’électrolyte peut être sous forme liquide, gel

électrodes: pièces ou tiges conductrices, en contact avec l’électrolyte contenu dans la batterie. L’anode (électrode négative) émet des électrons et des ions positifs qui sont capturés par la cathode (électrode positive). Les électrodes sont composées de lithium associé à d’autres matières, comme le graphite (anode) et le nickel(cathode), chacun de ces alliages ayant des forces et faiblesses différentes, telles que degré de sécurité, rétention de la charge, durée de vie et autres…

Lithium (Li) : métal, le plus léger de tous les métaux, aux multiples usages dont la création d’alliages aéronautiques, de médicaments psychiatriques et d’électrodes dans les batteries lithium-ion

OK, maintenant que nous avons identifié les éléments principaux d’une batterie Lithium-ion, étudions ce diagramme qui représente une cellule typique (une batterie peut être composée d’une ou plusieurs cellules en série). Le mode décharge ou production d’électricité est illustré ici :

Lithium ION Mechasys

Dans la batterie, en mode décharge (alimentation de l’appareil en énergie électrique), les ions positifs de Lithium (LI+) se déplacent à travers l’électrolyte de l’anode vers la cathode et s’intègrent à celle-ci, pendant que les électrons, issus aussi de l’anode se déplacent par un fil conducteur vers la cathode, équilibrant ainsi la charge à la cathode. L’ensemble de ce phénomène génère le courant électrique.

En mode recharge, les mouvements des ions et des électrons sont inversés avec un apport extérieur d’électricité.

Voltage et ampérage sont deux caractéristiques différentes.

Le voltage déterminera la puissance ou la force que votre outil sera en mesure de fournir pour visser ou scier par exemple

L’ampérage lui détermine la durée de fonctionnement. Plus il est élevé, moins souvent vous aurez à charger votre batterie

 

En terminant, une petite pensée pour notre environnement, lorsque vos fidèles batteries seront en fin de vie après vous avoir rendu de bons services, n’oubliez pas de les rapporter à votre écocentre le plus proche. Elles seront manipulées et recyclées comme il se doit. Ses composants sont toxiques pour nos réserves d’eau et notre santé. Plus que jamais, le secteur de la construction se conscientise et adopte des pratiques vertes. (pour en savoir plus à ce sujet, voici quelques liens vers d’autres articles…..)

 

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Topics: construction, conseil

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