Pourquoi la charge rapide est la mort des batteries
Ils veulent changer l'huile, mais ils ont toujours un défaut fatal sur lequel les fabricants se taisent.
L'âge du charbon est resté longtemps dans les mémoires. L'ère du pétrole touche également à sa fin. Dans la troisième décennie du siècle XNUMX, nous vivons clairement à l'ère des batteries.
LEUR RÔLE a TOUJOURS été important depuis que l'électricité est entrée dans la vie humaine. Mais maintenant, trois tendances ont soudainement fait du stockage d'énergie la technologie la plus importante de la planète.
La première tendance est le boom des appareils mobiles - smartphones, tablettes, ordinateurs portables. Nous avions besoin de batteries pour des choses comme les lampes de poche, les radios mobiles et les appareils portables - tous avec des utilisations relativement limitées. Aujourd'hui, chacun possède au moins un appareil mobile personnel, qu'il utilise presque constamment et sans lequel sa vie est impensable.
La SECONDE TENDANCE est le recours aux énergies renouvelables et le décalage brutal entre les pics de production et de consommation d'électricité. Autrefois, c'était simple : lorsque les propriétaires allument les cuisinières et les téléviseurs le soir, et que la consommation augmente fortement, les exploitants de centrales thermiques et de centrales nucléaires n'ont qu'à augmenter la puissance. Mais avec la génération du solaire et de l'éolien, c'est impossible : le pic de production survient le plus souvent à un moment où la consommation est au plus bas. Par conséquent, l'énergie doit être stockée d'une manière ou d'une autre. Une option est la soi-disant «société de l'hydrogène», dans laquelle l'électricité est convertie en hydrogène, puis alimente le réseau et les véhicules électriques en carburant. Mais le coût extraordinairement élevé de l'infrastructure nécessaire et les mauvais souvenirs de l'hydrogène de l'humanité (Hindenburg et autres) laissent ce concept en veilleuse pour l'instant.
Les soi-disant «réseaux intelligents» se retrouvent dans l'esprit des services marketing: les voitures électriques reçoivent un excédent d'énergie à la pointe de la production, puis, si nécessaire, peuvent le restituer au réseau. Cependant, les batteries modernes ne sont pas encore prêtes pour un tel défi.
UNE AUTRE RÉPONSE POSSIBLE à ce problème promet une troisième tendance: le remplacement des moteurs à combustion interne par des véhicules électriques à batterie (BEV). L'un des principaux arguments en faveur de ces véhicules électriques est qu'ils peuvent être des participants actifs du réseau et prendre le surplus afin de les restituer en cas de besoin.
Chaque fabricant de véhicules électriques, de Tesla à Volkswagen, utilise cette idée dans ses supports de relations publiques. Cependant, aucun d'entre eux n'admet ce qui est douloureusement clair pour les ingénieurs: les batteries modernes ne conviennent pas à un tel travail.
La TECHNOLOGIE LITHIUM-ION qui domine le marché aujourd'hui et qui vous permet de passer de votre bracelet de fitness à la Tesla Model S la plus rapide présente de nombreux avantages par rapport à des concepts plus anciens comme les batteries au plomb-acide ou au nickel-hydrure métallique. Mais il a aussi quelques limites et surtout une tendance au vieillissement.
La plupart des gens considèrent les batteries comme une sorte de tube dans lequel l'électricité «coule» d'une manière ou d'une autre. Dans la pratique, cependant, les batteries ne stockent pas l'électricité par elles-mêmes. Ils l'utilisent pour déclencher certaines réactions chimiques. Ensuite, ils peuvent déclencher la réaction inverse et reprendre leur charge.
Pour les batteries lithium-ion, la réaction avec la libération d'électricité ressemble à ceci: des ions lithium se forment à l'anode de la batterie. Ce sont des atomes de lithium, dont chacun a perdu un électron. Les ions se déplacent à travers l'électrolyte liquide vers la cathode. Et les électrons libérés sont canalisés à travers un circuit électrique, fournissant l'énergie dont nous avons besoin. Lorsque la batterie est allumée pour la charge, le processus est inversé et les ions sont collectés avec les électrons perdus.
Une «prolifération» avec des composés de lithium peut provoquer un court-circuit et enflammer la batterie.
Malheureusement, CEPENDANT, la RÉACTIVITÉ ÉLEVÉE qui rend le lithium si adapté à la fabrication de batteries a un inconvénient - il a tendance à participer à d'autres réactions chimiques indésirables. Par conséquent, une fine couche de composés de lithium se forme progressivement sur l'anode, ce qui interfère avec les réactions. Et donc la capacité de la batterie diminue. Plus il est chargé et déchargé intensément, plus ce revêtement devient épais. Parfois, il peut même libérer des soi-disant "dendrites" - pensez aux stalactites de composés de lithium - qui s'étendent de l'anode à la cathode et, si elles l'atteignent, peuvent provoquer un court-circuit et enflammer la batterie.
Chaque cycle de charge et de décharge raccourcit la durée de vie de la batterie lithium-ion. Mais la charge rapide récemment à la mode avec un courant triphasé accélère considérablement le processus. Pour les smartphones, ce n'est pas un gros frein pour les constructeurs, en tout cas ils veulent obliger les utilisateurs à changer d'appareil tous les deux à trois ans, mais les voitures posent problème.
Pour convaincre les consommateurs d'acheter des véhicules électriques, les constructeurs doivent également les séduire avec des options de recharge rapide. Mais les stations rapides comme Ionity ne sont pas adaptées à un usage quotidien.
LE COÛT DE LA BATTERIE EST ENCORE UN TIERS et même plus que le prix total de la voiture électrique d'aujourd'hui. Pour convaincre leurs clients qu'ils n'achètent pas une bombe à retardement, tous les fabricants offrent une garantie de batterie distincte et plus longue. Dans le même temps, ils comptent sur une recharge plus rapide pour rendre leurs voitures attrayantes pour les voyages longue distance. Jusqu'à récemment, les bornes de recharge les plus rapides fonctionnaient à 50 kilowatts. Mais la nouvelle Mercedes EQC peut être rechargée jusqu'à 110kW, l'Audi e-tron jusqu'à 150kW comme le proposent les bornes de recharge européennes Ionity, et Tesla s'apprête à mettre la barre encore plus haut.
Ces fabricants admettent rapidement qu'une charge rapide détruira les batteries. Les stations telles que Ionity sont plus adaptées aux urgences lorsqu'une personne a parcouru un long chemin et a peu de temps. Sinon, charger lentement votre batterie à la maison est une approche intelligente.
Son niveau de charge et de décharge est également important pour sa durée de vie. Par conséquent, la plupart des fabricants ne recommandent pas de charger au-dessus de 80% ou en dessous de 20%. Avec cette approche, une batterie lithium-ion perd en moyenne environ 2% de sa capacité par an. Ainsi, il peut durer 10 ans, soit jusqu'à 200 000 km environ, avant que sa puissance ne baisse au point de devenir inutilisable dans une voiture.
Enfin, bien sûr, la DURÉE DE VIE DE LA BATTERIE dépend de sa composition chimique unique. C'est différent pour chaque fabricant, et dans de nombreux cas, il est si nouveau qu'on ne sait même pas comment il vieillira avec le temps. Plusieurs constructeurs promettent déjà une nouvelle génération de batteries d'une durée de vie de « un million de miles » (1.6 million de kilomètres). Selon Elon Musk, Tesla travaille sur l'un d'entre eux. La société chinoise CATL, qui fournit des produits à BMW et à une demi-douzaine d'autres sociétés, s'est engagée à ce que sa prochaine batterie dure 16 ans, soit 2 millions de kilomètres. General Motors et le coréen LG Chem développent également un projet similaire. Chacune de ces entreprises a ses propres solutions technologiques qu'elle souhaite tester dans la vraie vie. GM, par exemple, utilisera des matériaux innovants pour empêcher l'humidité de pénétrer dans les cellules de batterie, une cause majeure d'entartrage du lithium sur la cathode. La technologie CATL ajoute de l'aluminium à l'anode nickel-cobalt-manganèse. Cela réduit non seulement le besoin de cobalt, qui est actuellement la plus chère de ces matières premières, mais augmente également la durée de vie de la batterie. C'est du moins ce qu'espèrent les ingénieurs chinois. Les clients potentiels sont heureux de savoir si une idée fonctionne dans la pratique.
