Comment prolonger une batterie au lithium

Les ions lithium de l'anode traversent un électrolyte pour atteindre la cathode, où ils se combinent avec des électrons pour générer une charge électrique qui leur permet de fournir de l'énergie en cas de besoin. C'est ce qui constitue le système d'alimentation unique de la batterie.

Les progrès récents dans la sélection des matériaux d'anode en silicium visent à empêcher les ions Li- d'être piégés dans les parois de l'électrolyte et à améliorer leur réversibilité [155].

Une durée de vie plus longue

Les piles au lithium alimentent des millions de vies chaque jour - des ordinateurs portables et des téléphones cellulaires aux voitures hybrides et électriques. Leurs avantages vont de la haute densité énergétique à la légèreté, en passant par des taux de charge rapides et une durée de vie plus longue que celle des batteries au plomb. Pour prolonger la durée de vie d'une batterie au lithium, il faut comprendre comment elle se dégrade au fil du temps et prendre des mesures proactives pour la prolonger. Il s'agit notamment de savoir quel type de batterie au lithium nécessite des soins plus spécifiques en termes de vitesse de charge, de profondeur de décharge, de charge, etc.

Les batteries Li-ion perdent progressivement de leur capacité au fil du temps en raison de réactions chimiques qui dégradent les électrodes et l'électrolyte, augmentant la résistance interne et réduisant l'autonomie. Ce processus se produit que votre batterie soit utilisée régulièrement ou qu'elle reste inutilisée. Toutefois, l'exécution de cycles périodiques et le stockage à une température fraîche peuvent contribuer à ralentir considérablement ce processus de dégradation.

Le nombre de cycles des batteries au lithium dépend des conditions de charge et de décharge ainsi que de la température de fonctionnement. Les appareils grand public les chargent généralement à 4,20 V par cellule pour maximiser la capacité et l'autonomie ; les applications industrielles, en revanche, utilisent souvent des seuils de tension plus bas, comme ceux que l'on trouve dans les satellites ou les véhicules électriques, pour une plus grande longévité.

Pour une longévité optimale de la batterie, évitez les chargeurs rapides qui chauffent et dégradent rapidement les batteries. En outre, limitez la fréquence à laquelle vous la videz, car cela augmente sa résistance interne et réduit l'autonomie et la durée du cycle.

Les batteries lithium à décharge profonde d'Ionic ont une durée de vie moyenne de 3 000 à 5 000 cycles complets avec une capacité restante de 80%, grâce à l'utilisation de matériaux lithium-phosphate de fer (LiFePO4) de première qualité, conçus pour être compatibles avec différentes charges et chargeurs, et à la surveillance Bluetooth qui donne des informations en temps réel sur l'état de charge et calcule l'autonomie restante - offrant ainsi une tranquillité d'esprit à nos clients marins lorsqu'ils planifient à l'avance et ont besoin de leur batterie au moment où ils en ont le plus besoin.

Densité énergétique plus élevée

Les piles au lithium sont très denses en énergie, ce qui signifie qu'elles stockent une quantité considérable d'énergie dans un espace réduit (pour citer le professeur Paul Christensen). Pour convertir l'énergie chimique en courant électrique, les ions lithium doivent se déplacer entre l'anode et la cathode à travers un séparateur poreux anode-cathode et une couche d'électrolyte ; des charges et décharges répétées améliorent considérablement les performances au fil du temps.

Il existe différents types de piles au lithium rechargeables sur le marché, chacune présentant sa propre chimie interne. Si certaines coûtent plus cher que d'autres, toutes ont une densité énergétique supérieure à celle des batteries au plomb, ce qui signifie qu'elles stockent plus de charge électrique par kilogramme ou par volume et qu'elles offrent donc une plus grande autonomie ou un plus grand nombre d'heures d'utilisation d'outils électriques sans augmenter de manière significative la taille ou le poids de la batterie.

La technologie des batteries est en constante évolution et les chercheurs cherchent continuellement à améliorer les composants existants. Le professeur Corie Cobb, de la faculté de médecine, et son laboratoire de fabrication intégrée se concentrent sur la conception d'architectures d'électrodes en 3D qui rationalisent la fabrication des batteries ; J Devin MacKenzie, de la faculté de médecine et de la faculté de science et d'ingénierie des matériaux (MSE), explore également les alliages d'antimoine structurellement modifiés en tant que matériaux pour les batteries.

La densité énergétique est l'un des paramètres clés de toute batterie. Elle mesure la quantité d'énergie qu'une cellule ou une batterie peut contenir par unité de masse ou de volume, ce qui la rend particulièrement critique dans des applications telles que les véhicules électriques qui ont besoin d'une grande autonomie de conduite avec des exigences de poids et de taille gérables.

Les batteries à densité énergétique plus élevée offrent des durées de fonctionnement plus longues avant de devoir être rechargées, ce qui contribue à réduire la consommation de carburant et les coûts d'entretien, tout en permettant aux batteries plus petites de s'intégrer de manière plus compacte dans les véhicules et de fournir plus de puissance pour l'accélération ou les tâches à forte charge.

Les batteries à haute densité énergétique peuvent réduire considérablement leur taille et leur poids, ce qui les rend particulièrement utiles pour l'électronique portable et les véhicules électriques, où chaque kilogramme compte. Malheureusement, les batteries à haute densité peuvent avoir des profils de tension moins qu'idéaux pour certaines utilisations et peuvent ne pas fournir une poussée rapide de puissance lorsque cela est nécessaire.

Chargement plus rapide

Alors que de plus en plus de personnes se tournent vers les véhicules électriques, la demande de batteries au lithium qui se rechargent rapidement est en plein essor. Alors que les batteries plomb-acide traditionnelles n'atteignent qu'une profondeur de décharge de 50%, les batteries lithium-ion ont une profondeur de décharge de 99%, ce qui les rend idéales pour les applications à forte consommation d'énergie comme les véhicules électriques. Leur vitesse de charge plus rapide se traduit également par des temps de recharge plus courts.

Les batteries lithium-ion utilisent deux électrodes composées respectivement d'oxyde métallique et de carbone poreux pour stocker l'énergie. Lors de la charge, les ions se déplacent librement entre ces électrodes à travers un électrolyte et un séparateur ; lors de la décharge, l'anode subit une oxydation et une perte d'électrons, la recharge les ramenant à la cathode, ce cycle se poursuivant indéfiniment.

Les ingénieurs ont mis au point des matériaux, tels que des alliages de silicium, de germanium et d'antimoine, qui peuvent mieux stocker les ions lithium que les anodes en graphite en intercalant ces ions entre les couches de graphène. Malheureusement, ces matériaux d'alliage changent physiquement au cours des cycles de charge/décharge, ce qui peut entraîner des pertes de performance ou des défaillances.

Des chercheurs de l'université de Cornell ont découvert une méthode permettant de minimiser les changements de volume physique, ce qui rend possible l'utilisation de batteries au lithium de haute performance avec des vitesses de charge plus rapides. En ajoutant de l'indium (habituellement utilisé pour les revêtements des écrans tactiles), leur équipe a réduit les barrières énergétiques entre les électrodes, facilitant ainsi le déplacement des ions entre les électrodes.

Les chercheurs rappellent qu'il est essentiel d'être conscient des compromis associés à la charge rapide. La charge rapide nécessite un courant et une puissance nettement plus élevés, ce qui peut réduire considérablement la durée de vie des batteries, en particulier les batteries lithium-ion.

Les experts conseillent de suivre les taux de charge recommandés par les fabricants de batteries afin de maximiser la longévité des batteries. Il est recommandé de charger les Power Cells à 1C afin de s'assurer que leur anode et leur cathode ne sont pas soumises à des tensions excessives ; cependant, pour les conducteurs de véhicules électriques (VE), cela n'est pas toujours viable en raison des distances de conduite limitées possibles avec les batteries au lithium-ion.

Coût inférieur

Les piles au lithium présentent de nombreux avantages par rapport aux piles au plomb, notamment en termes de coût. Les piles au lithium durent plus longtemps, pèsent moins lourd et fonctionnent plus efficacement. Leur rentabilité en fait le meilleur investissement au fil du temps, ce qui vous permet d'économiser de l'argent à chaque achat ou remplacement, ainsi que sur le carburant pour les moteurs ou les générateurs.

Les batteries lithium-ion sont devenues une source d'énergie incroyablement populaire pour l'électronique grand public, les véhicules hybrides et les voitures électriques en raison de leur légèreté et de leur haute densité énergétique. Leur conception permet d'augmenter la capacité tout en réduisant considérablement les coûts. Cette conception a permis d'augmenter considérablement les capacités tout en réduisant les coûts de manière significative.

Au fur et à mesure des progrès technologiques, les fabricants ont pu réduire davantage les coûts en utilisant de meilleurs matériaux et en optimisant les processus de production. Les méthodes de production sans gaspillage qui se concentrent sur la réduction des déchets tout en optimisant la productivité sont particulièrement prometteuses pour réduire les coûts associés à la production de piles.

Les questions de sécurité restent l'un des principaux obstacles à l'adoption généralisée des batteries lithium-ion, l'emballement thermique (une série de réactions chimiques qui conduisent à un incendie) étant l'un des plus importants. Les batteries lithium-ion peuvent être sujettes à ce problème si leurs cathodes ou anodes présentent des fissures ou des courts-circuits ; toutefois, les améliorations apportées à la chimie des cellules et aux technologies d'emballage ont rendu ces batteries plus sûres que jamais.

Les batteries lithium-ion sont devenues le premier choix pour les applications UPS en raison de leur faible coût total de possession, en particulier pour les unités UPS triphasées qui ont tendance à être plus grandes et plus coûteuses que leurs homologues monophasées.

À mesure que l'industrie du lithium évolue, de nouvelles innovations telles que le lithium-polymère sec ouvrent de nouvelles voies passionnantes pour la chimie et la conception des batteries. Ces avancées promettent des cycles de vie plus longs avec des décharges plus profondes sans risque d'emballement thermique ou d'autres problèmes de sécurité - ce qui signifie que nous pourrions voir les batteries lithium-ion devenir encore plus présentes dans les applications qu'auparavant.