Qu’est-ce qu’un accumulateur
Lithium ?
Qu’est-ce que le Lithium ?
Le Lithium est le troisième plus petit atome du tableau de Mendeleïev et le plus petit que l’on peut trouver à l’état solide à pression atmosphérique (l’Hydrogène et l’Hélium, encore plus légers, étant des gaz). C’est un métal mou qui s’oxyde très vite au contact de l’eau et de l’air, ce qui implique qu’ils se trouve uniquement sous forme de sels dans la nature (saumures ou minerais solides).
Le lithium est l’élément chimique de numéro atomique 3, de symbole Li.
C’est un métal alcalin, situé dans le premier groupe du tableau périodique des éléments.
Très réactif, le lithium n’existe pas à l’état natif dans le milieu naturel, mais uniquement sous la forme de composés ioniques.
L’ensemble des ressources mondiales identifiées par l’USGS est de 53,8 millions de tonnes dont 58 % en Bolivie et 27 % en Chine.
À ce jour les plus gros extracteurs sont les États-Unis, l’Australie, le Chili, l’Argentine et la Chine.
Le basculement de la technologie des batteries vers le lithium est né d’une directive européenne destinée à protéger ses citoyens des effets nocifs des métaux lourds sur la santé. Ainsi le cadmium qui était très largement diffusé au début des années 2000 – les fameuses batteries CadNi (ou NiCad en anglais) – s’est retrouvé banni des applications grand public.
Développées à partir des années 90, les batteries à base de lithium se sont rapidement démocratisées, et se sont quasi totalement substituées aux batteries CadNi, avec des avantages écologiques certains par rapport aux batteries au plomb ou au cadmium.
Le lithium : une ressource très présente sur terre
Les ressources les plus faciles d’accès (saumures) sont principalement localisées en Amérique du sud.
Les estimations annoncent que les réserves terrestres permettraient de produire des batteries pendant plusieurs dizaines voire centaines d’années sans compter la gigantesque quantité de Lithium présent dans l’eau des océans dont le coût d’exploitation est à l’heure actuelle bien plus élevé.
Pourquoi est-il si important dans les batteries ?
C’est la petite taille du Lithium qui confère légèreté et densité d’énergie exceptionnelle aux batteries qui l’utilisent.
La batterie libère son électricité par échange réversible des ions Lithium entre ses deux électrodes, la première est l’anode (en graphite) et la seconde est appelée cathode (constituée d’oxyde métallique).
L’échange se fait dans un milieu appelé électrolyte qui est liquide dans la batterie Li-ion ou solide dans certaines batteries de nouvelle génération.
Pourquoi un tel succès ?
Le succès du lithium dans les batteries tient dans trois avantages. D’une part, la densité d’énergie stockée dans les batteries à base de lithium est plus importante que celle des batteries nickel-cadmium, ou celle de leurs remplaçantes éphémères, les batteries nickel-hydrure métallique (NiMH). D’autre part, le lithium est un métal très léger.
Enfin, ces batteries lithium ne présentent pas d’effet mémoire, contrairement au CadNi, qui obligeait à décharger complètement la batterie pour la recharger sous peine de perdre en capacité.
Ces trois avantages – densité, légèreté, effet mémoire – ont largement contribué au déploiement fulgurant du lithium dans les ordinateurs portables et les téléphones. Le moment est désormais venu de stocker l’énergie à plus grande échelle ; voitures, bateaux, maison, réseaux électriques intelligents…
Les déboires du lithium
Pourtant, ces dernières années, nous avons assisté à plusieurs affaires retentissantes d’alertes de consommateurs ou de rappels de produits. On se souvient du premier rappel massif de 6 millions de batteries par Sony en 2006.
Mais des annonces ont été faites par d’autres constructeurs en 2006, 2008, 2014… Parmi les derniers en date, Toshiba a annoncé début 2016 un rappel de 100 000 batteries d’ordinateurs produites entre 2011 et 2015 par crainte de surchauffe pouvant entraîner brûlures ou risque d’incendie ou encore, bien sûr, Samsung avec l’affaire de son smartphone pourtant haut de gamme – le Galaxy Note 7 – et ses batteries explosives…
Faut-il parler d’UNE technologie lithium ?
Les autorités, par mesure de précaution, ont résumé la situation à un manichéen lithium-ion = danger. En réalité, il existe de nombreuses technologies de batterie à base de lithium, avec chacune leur domaine de pertinence, leurs avantages et leurs inconvénients.
Faisons un rapide tour d’horizon des différentes chimies lithium :
La batterie lithium-cobalt (LiCoO2)
Cette technologie présente aujourd’hui la plus forte densité énergétique entre les différentes technologies lithium. Parmi ses avantages, nous pouvons citer l’absence d’effet mémoire et une très faible autodécharge, ce qui permet de la garder longtemps en stockage.
Elle a conquis l’univers des ordinateurs portables, des téléphones, et c’est également elle qui équipe les Boeing 787 « Dreamliner ». Vous l’aurez deviné : c’est une batterie capricieuse… Elle requiert de grandes précautions pour sa charge. Un mauvais équilibrage des cellules, et la batterie surchauffe, voire explose !
Après deux incendies d’avion, heureusement sans perte humaine, Boeing et ses partenaires ont reconçu totalement le BMS (battery monitoring system) qui gère l’équilibrage des éléments de la batterie, surveille la température et assure la déconnexion si la tension est trop basse. Une protection mécanique est aussi nécessaire pour éviter les chocs. En effet, une structure interne endommagée ou une perforation peuvent provoquer un incendie.
La batterie lithium-métal-polymère (LMP)
Cette technologie équipe la « Bluecar » de Bolloré. Elle ne présente pas de risque d’explosion mais possède un rapport capacité/poids relativement modeste de 110 Wh/kg, ce qui reste tout de même près de trois fois supérieur à la batterie plomb.
C’est une batterie « chaude » qui nécessite une température de 80°C pour fonctionner.
La batterie lithium-nickel-cobalt-aluminium (NCA)
Il s’agit d’une chimie proche de la précédente en terme de performance, équipe les véhicules électriques de la marque Tesla.
De faible impédance interne, elle permet des décharges importantes, nécessaires pour les accélérations impressionnantes de ces bolides. De la même façon, elle autorise des recharges à des courants importants, limitant la durée de recharge.
Inconvénients : elle coûte très cher à produire et est instable ; des cas d’incendie de ces voitures ont été rapportés.
La technologie lithium-manganèse-cobalt (NMC)
Technologie largement utilisée dans les véhicules électriques mais aussi dans certains outils portatifs, est choisie pour sa durée de vie et sa plus grande stabilité que la batterie précédente.
General Motors l’a sélectionnée pour sa gamme de véhicules électriques. Mais c’est une batterie qui supporte mal les températures supérieures à 50°C.
Tesla a donc préféré cantonner cette technologie aux batteries stationnaires de stockage pour les particuliers, car elle prend un volume supérieur à capacité égale.
Ces batteries présentent encore le risque d’incendie, voire d’explosion que l’on reproche aux batteries lithium-cobalt.
Une tension mondiale naît autour de l’approvisionnement en Cobalt, car c’est une ressource rare sur terre. 62% de la production est située en République Démocratique du Congo, commercé bien souvent sous conflits armés dans des mines artisanales et par des enfants…
On dit toujours “lithium” mais quelle quantité dans une cellule de stockage ?
- L’Argentine, la Bolivie et le Chili sont connus sous le nom de “Triangle du lithium” parce qu’ils détiennent plus de 75 % de l’approvisionnement mondial en lithium.
- Le Chili, connu sous le nom d “Arabie saoudite du lithium”, exporte 40 % de la demande mondiale de lithium depuis 20 ans.
- Le #LithiumCarbonate représentait ~60 % de la demande de lithium en 2018, mais la demande de #LithiumHydroxide dépassera celle du carbonate de lithium d’ici 2022.
- L’hydroxyde de lithium est utilisé dans les #cathodes à haute teneur en nickel en raison des températures de synthèse plus basses.
- Le lithium, ainsi que le #cobalt et le #manganèse, sont classés comme minéraux critiques par le Centre national d’information sur les minéraux de l’USGS en 2018.
- La Chine est le plus grand consommateur de lithium au monde et s’approvisionne principalement en Australie.
- Lithium est le plus léger de tous les métaux et il est très réactif car il perd facilement son électron le plus externe, ce qui permet au courant de circuler facilement à travers une batterie
- Seulement ~65% du lithium produit est destiné à la production de batteries ; d’autres industries consomment également du lithium
- Le lithium provient principalement du spodumène ou de la saumure :
– Les projets de spodumène prennent généralement 3 à 5 ans pour entrer en production
– Les projets de saumure peuvent prendre 7 ans
- La demande mondiale de lithium devrait augmenter >>2x, passant de 47.300mlm tonnes en 2020 à 117.400mln tonnes en 2024
- La Chine est le plus grand consommateur de lithium au monde et s’approvisionne principalement en Australie
QUEL CHOIX POUR OLENERGIES ?
Des cellules LiFePo4/Gr OLENERGIES : Sécurité – Longévité – Écologie
Les technologies lithium précédentes ne peuvent être un choix acceptable pour équiper les systèmes de stockage Olenergies car elles sont soit dangereuses et instables soit incompatibles avec les besoins de fortes puissances.
Depuis quelques années, une nouvelle technologie de cellule de stockage d’énergie a fait son apparition : le Lithium Ferro Phosphate (connu sous LifePo4 ou LFP). Cette technologie admet une densité d’énergie légèrement plus faible, mais est intrinsèquement non combustible ; il n’y a donc aucun risque de prise de feu ou d’explosion.
Olenergies a choisi de développer davantage les possibilités de cette chimie par un contrôle qualité des cellules parmi les plus stricts du marché et en intégrant systématiquement sa carte de gestion électronique « BMS » qui permet des performances et un niveau de sécurité incontestable.
Olenergies est très exigeant sur la qualité de ses produits. Son cahier des charges cellules et ses tests qualité sont parmi les plus sévères du secteur pour satisfaire aux exigences de ses clients. De plus, chacun de ses systèmes de stockage d’énergie intègre la technologie électronique de gestion « BMSO » qui vous garantit indiscutablement les meilleurs niveaux de sécurité, de longévité et de performances du marché.
Fort de ses innovations, Olenergies s’engage pour des systèmes LiFePo4 d’avenir
- Excellente durée de vie (4000 cycles)
- Grande sécurité
- Extrêmement robuste
- Coût complet
- Excellente résistance climatique
- Puissance fournie
- Charge rapide
- Densité énergétique
Batteries révolutionnaires: Alimenter l’ère de l’électrification propre
Les progrès rapides de la technologie des batteries devraient accélérer le rythme de la transition énergétique mondiale et jouer un rôle majeur dans la lutte contre la crise climatique. Avec plus de 1,4 milliard de dollars investis dans les technologies des batteries au cours du seul premier semestre de 2019, des investissements massifs dans la fabrication de batteries et des progrès technologiques constants ont déclenché un changement sismique dans la façon dont nous organiserons les systèmes énergétiques dès 2030.
Il est clair que les technologies de batterie révolutionnaires joueront un rôle central dans notre système énergétique plus tôt que prévu, créant diverses opportunités de création de valeur et de capture dans la transition vers une économie d’énergie propre.
Mais saisir le vaste potentiel nécessite une approche holistique des secteurs public et privé.
Des stratégies collaboratives basées sur des systèmes pour développer des marchés reposant sur des batteries permettront d’accélérer la transition rapide et économique vers des systèmes énergétiques résilients, propres et abordables.
Conseils pour choyer vos batteries Olenergies
- Éviter les températures extrêmes
- si possible après utilisation intensive, laisser la batterie reposer avant la recharge (en hiver vous remarquerez un regain d’autonomie si la batterie passe du grand froid vers la température ambiante de l’habitation)
- préférer les recharges lentes
- éviter les extrêmes lors de la charge/décharge. L’optimum est la plage 20 à 80%
- pour un stockage longue durée chargez préalablement votre batterie à 50%
- éviter à tout prix la décharge complète (raccourci sa durée de vie).
Bonus: Les types de production de lithium
Pour le Lithium issu de saumure (ex: Amérique du Sud)
La saumure est lentement (plusieurs semaines) concentrée par évaporation dans de grands bassins solaires placés à l’air libre jusqu’à obtenir une concentration en Lithium d’environ 6%. Elle est ensuite traitée avec du Carbonate de Sodium pour obtenir du Carbonate de Lithium ou avec de la chaux pour obtenir de l’hydroxyde de Lithium.
Pour le Lithium issu de minerais (ex: Australie)
Il faut d’abord concentrer le spodumène (aluminosilicate de Lithium) pour ensuite le traiter par voie acide ou basique afin d’obtenir le précieux sel de Lithium.
