Introduction:
On peut globalement classer les batteries en trois catégories : les batteries chimiques, les batteries physiques et les batteries biologiques. Les batteries chimiques sont les plus répandues dans les véhicules électriques.
Pile chimique : Une pile chimique est un dispositif qui convertit l’énergie chimique en énergie électrique par le biais de réactions chimiques. Elle est composée d’électrodes positives et négatives et d’électrolytes.
Batterie physique : Une batterie physique convertit l'énergie physique (telle que l'énergie solaire et l'énergie mécanique) en énergie électrique par des transformations physiques.
Classification des batteries chimiques : D’un point de vue structurel, on distingue deux catégories : les batteries (incluant les piles primaires et secondaires) et les piles à combustible. Piles primaires : à usage unique, leur matériau actif est irréversible, leur autodécharge est faible, leur résistance interne est élevée et leurs capacités massiques et volumiques sont importantes.
Batteries secondaires : elles peuvent être chargées et déchargées à plusieurs reprises, leur matériau actif est réversible et elles sont largement utilisées dans divers chargeurs. La plupart des modèles actuellement sur le marché utilisent des batteries secondaires rechargeables pour la propulsion des véhicules. Ces batteries se divisent en quatre catégories, selon le matériau de leur électrode positive : batteries au plomb, batteries nickel-cadmium, batteries nickel-hydrure métallique et batteries au lithium. Actuellement, les constructeurs automobiles utilisent principalement des batteries au lithium, et quelques-uns seulement utilisent des batteries nickel-hydrure métallique.
Définition de la batterie au lithium
Une batterie au lithium est une batterie qui utilise du lithium métallique ou un alliage de lithium comme matériau d'électrode positive ou négative et une solution électrolytique non aqueuse.
Le processus de charge et de décharge d'une batterie au lithium repose principalement sur le mouvement des ions lithium (Li+) entre les électrodes positive et négative. Lors de la charge, les ions lithium sont extraits de l'électrode positive et s'insèrent dans l'électrode négative via l'électrolyte, cette dernière se trouvant alors riche en lithium ; le processus inverse se produit lors de la décharge.
Principe électrochimique d'une batterie lithium-ion
Formule de la réaction à l'électrode positive : LiCoO2 → Li1-xCoO2 + xLi+ + xe-
Formule de la réaction à l'électrode négative : C + xLi+ + xe- → Clix
Les batteries lithium-ion possèdent une densité énergétique élevée, une longue durée de vie et un faible taux d'autodécharge ; elles sont largement utilisées dans les téléphones portables, les ordinateurs portables et les véhicules électriques.
Les domaines d'application des batteries lithium-ion se divisent principalement en deux catégories : les applications de puissance et les applications non liées à la puissance. Parmi les applications de puissance, on trouve les véhicules électriques, l'outillage électroportatif, etc. ; parmi les applications non liées à la puissance, on trouve l'électronique grand public et le stockage d'énergie, etc.
Composition et classification des batteries au lithium
Les batteries lithium-ion sont principalement composées de quatre éléments : les matériaux d'électrode positive, les matériaux d'électrode négative, l'électrolyte et le séparateur. Les matériaux d'électrode négative influencent fortement l'efficacité initiale et la durée de vie des batteries lithium-ion. On distingue deux grandes catégories d'électrodes négatives : les matériaux carbonés et les matériaux non carbonés. Parmi ces derniers, le graphite est le matériau d'électrode négative le plus répandu, notamment sous forme de graphite artificiel et de graphite naturel, largement utilisé dans l'industrie. Les électrodes négatives à base de silicium font l'objet de recherches approfondies de la part des principaux fabricants et figurent parmi les nouveaux matériaux d'électrode négative les plus susceptibles d'être utilisés à grande échelle dans le futur.
Les batteries lithium-ion sont classées en batteries à l'oxyde de lithium-cobalt, batteries au phosphate de fer lithié, batteries ternaires, etc., selon les matériaux de l'électrode positive ;
Selon leur forme, elles se divisent en piles carrées, piles cylindriques et piles souples ;
Selon leurs applications, on distingue trois catégories de batteries : les batteries lithium-ion grand public, les batteries de stockage d’énergie et les batteries de puissance. Les premières sont principalement utilisées dans les appareils électroniques grand public (3C) ; les secondes, dans le stockage d’énergie domestique et les systèmes de production d’énergie décentralisés (par exemple, l’énergie solaire et éolienne) ; et les secondes, dans les véhicules électriques, l’outillage électroportatif et les véhicules à énergies nouvelles.
Conclusion
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Date de publication : 18 septembre 2024