L'avenir passe par le lithium

Une partie importante du fonctionnement des véhicules électriques repose sur l’efficacité des batteries. Et avec l’arrivée de modèles exclusivement électriques, les manufacturiers doivent s’attarder à choisir et à développer judicieusement cette pièce maitresse. Autrefois essentiellement dédiée à l’alimentation électrique des composants de la voiture, la batterie fait maintenant office de source de puissance pour la motorisation des voitures électriques.

Principe de base

Pour bien comprendre les termes caractérisant une batterie, il faut évidement en comprendre son fonctionnement. Mentionnons tout d'abord que ce qui équipe les voitures n’est pas techniquement une batterie mais bien un accumulateur. Un accumulateur électrique est en fait un dispositif destiné à stocker de l'énergie électrique pour ensuite la restituer ultérieurement.

Électrodes

Essentiellement, une batterie est composée de trois éléments : deux électrodes et l’électrolyte. L’électrode est la pièce conductrice permettant d'amener ou d'évacuer l'électricité. Une batterie est formée de deux électrodes. L’électricité est générée quand les électrons se déplacent d’une électrode, l’anode, vers l’autre électrode, la cathode. Pour recharger les batteries on inverse le procédé, les électrons sont arrachés à la cathode et renvoyés vers l’anode. La vitesse de recharge d’une batterie dépend de la vitesse à laquelle on peut faire déplacer les électrons vers l’anode. Dans le cas des batteries au lithium, ce sont des ions qui sont déplacés et non des électrons.

Électrolyte

Pour que les électrodes dégagent et captent les ions (la production d’électricité), les électrodes doivent baigner dans une substance conductrice que l’on appelle l’électrolyte. La plupart des électrolytes sont liquides mais il existe des électrolytes solides. Les électrolytes liquides sont les électrolytes aqueux dans lesquels les ions proviennent d'un sel soluble. Les électrolytes solides sont souvent des cristaux dans lesquels certains ions sont mobiles mais peuvent également être constitués de polymère comme ceux utilisés dans les nouvelles batteries lithium polymère. L’électrolyte permet donc le transfert des ions d’une électrode à l’autre.

Maintenant au lithium

Aujourd’hui, ce sont évidemment les batteries au lithium qui ont la cote. On les retrouve dans les ordinateurs portables et une grande majorité d’objets électroniques, de la caméra vidéo aux voitures téléguidées. Ses principaux avantages sont une énergie massique élevée de deux à cinq fois plus que les batteries au nickel métal hydrure (Ni-MH) ainsi que l'absence d'effet mémoire lors de la recharge. De plus, l'auto-décharge est relativement faible par rapport à d'autres accumulateurs. On distingue deux types de configuration au lithium. La première est une technique lithium-métal (Li-MH) où l'électrode négative (l’anode) est composée de lithium métallique. La seconde est la technique lithium-ion (Li-ion), où le lithium reste à l'état ionique aussi bien à l'électrode négative (généralement en graphite) qu'à l'électrode positive.

Le lithium est le plus léger des métaux, il offre le plus grand potentiel électrochimique et il génère la plus grande quantité d'énergie. Les batteries rechargeables qui utilisent du métal lithium comme électrodes négatives (anodes) peuvent fournir une tension élevée et une excellente capacité énergétique, résultant ainsi en une densité énergétique extraordinairement élevée.

Variante Lithium polymère (Li-Po)

Une nouvelle génération de batteries au lithium a récemment vu le jour. Le Lithium-ion polymère se présente d'une façon différente de la lithium-ion originale. Dans le cas de la lithium-polymère (Li-po), l'électrolyte est un polymère gélifié. La batterie Li-Po utilise un principe de fonctionnement semblable aux batteries Li-ion et a des caractéristiques proches. Cependant, l'électrolyte de cette technologie étant un polymère gel, on se retrouve avec des éléments parfaitement souples, pouvant être très plats et d'une épaisseur très faible, ce qui permet de prendre des formes inhabituelles, se logeant ainsi plus facilement dans une voiture. Ce type de batterie est également plus léger qu’une lithium-ion traditionnelle et est moins sujet aux fuites d’électrolyte. Par exemple, l’ensemble de batteries au lithium-polymère de la Hyundai Sonata hybride ne pèse que 43,3 kg comparativement à 56,2 kg pour les batteries au lithium-ion de la Toyota Camry. L'accumulateur Li-Po est cependant un peu moins performant que le Li-ion. Cependant, il occupe moins de place que le Li-ion et par conséquent, une batterie Li-Po de même taille qu'une batterie Li-ion possède une capacité plus importante.

Et le futur?

Dans un avenir proche, il sera possible de choisir son véhicule électrique selon la capacité et le type de la batterie. De la même manière que l’on choisit actuellement son véhicule selon la cylindrée du moteur et son type de carburant, le client pourra donc trouver le parfait compromis entre la capacité de stockage nécessaire et un prix d’achat raisonnable.

Toutefois, avec la prolifération des voitures électriques et des usines de batteries, certains craignent que le lithium vienne à manquer car, s'il est très abondant sur Terre, les sites où il est facile (et donc peu coûteux) de l’extraire sont rares. Une augmentation des coûts du lithium aurait assurément un impact sur le coût des batteries et mettrait possiblement en danger la propagation des véhicules électriques.

Références :
http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_vehicle_battery
http://fr.wikipedia.org/wiki/Accumulateur_lithium
http://fr.wikipedia.org/wiki/Batterie_lithium-ion
http://www.businessweek.com/magazine/content/09_08/b4120052113533_page_2.htm
http://www.greencarreports.com/blog/1054594_choice-of-electric-car-battery-size-gm-investment-may-make-it-real