Les batteries Li-ion sont presque partout. Ils sont utilisés dans des applications allant des téléphones mobiles et ordinateurs portables aux véhicules hybrides et électriques. Les batteries lithium-ion sont également de plus en plus populaires dans les applications à grande échelle telles que les alimentations sans interruption (UPS) et les systèmes de stockage d'énergie par batterie stationnaires (BESS).
Une batterie est un dispositif constitué d'une ou plusieurs cellules électrochimiques dotées de connexions externes pour alimenter des appareils électriques. Lorsqu’une batterie fournit de l’énergie électrique, sa borne positive est la cathode et sa borne négative est l’anode. La borne marquée négative est la source d’électrons qui circuleront à travers un circuit électrique externe jusqu’à la borne positive.
Lorsqu'une batterie est connectée à une charge électrique externe, une réaction redox (réduction-oxydation) convertit les réactifs à haute énergie en produits à faible énergie, et la différence d'énergie libre est transmise au circuit externe sous forme d'énergie électrique. Historiquement, le terme « batterie » faisait spécifiquement référence à un appareil composé de plusieurs cellules ; cependant, l'usage a évolué pour inclure des dispositifs composés d'une seule cellule.
Comment fonctionne une batterie lithium-ion ?
La plupart des batteries Li-ion partagent une conception similaire composée d'une électrode positive (cathode) en oxyde métallique recouverte d'un collecteur de courant en aluminium, d'une électrode négative (anode) en carbone/graphite recouverte d'un collecteur de courant en cuivre, d'un séparateur et d'un électrolyte en sel de lithium dans un solvant organique.
Pendant que la batterie se décharge et fournit un courant électrique, l'électrolyte transporte des ions lithium chargés positivement de l'anode à la cathode et vice versa à travers le séparateur. Le mouvement des ions lithium crée des électrons libres dans l’anode, ce qui crée une charge au niveau du collecteur de courant positif. Le courant électrique circule ensuite du collecteur de courant via un appareil alimenté (téléphone portable, ordinateur, etc.) jusqu'au collecteur de courant négatif. Le séparateur bloque le flux d'électrons à l'intérieur de la batterie.
Pendant la charge, une source d'alimentation électrique externe (le circuit de charge) applique une surtension (une tension supérieure à celle produite par la batterie, de même polarité), forçant un courant de charge à circuler dans la batterie de l'électrode positive à l'électrode négative, c'est-à-dire dans le sens inverse d'un courant de décharge dans des conditions normales. Les ions lithium migrent ensuite de l’électrode positive vers l’électrode négative, où ils s’incrustent dans le matériau poreux de l’électrode selon un processus appelé intercalation.
Heure de publication : 26 juin 2022