Les batteries au lithium sont des accumulateurs d’énergie particuliers à l’efficacité élevée et de longue durée. Ces caractéristiques, presque exclusives, leur ont donné une place prédominante sur le marché de l’électronique. Le succès obtenu jusqu’à présent se projette dans une future augmentation, de l’emploi, dans certains secteurs liés aux systèmes d’énergies renouvelables hors réseau (off-grid), projets de ville intelligente (smart-city) et alimentations hybrides en réseau (on-grid).
Compte tenu des nombreux avantages, il existe de considérables inconvénients liés à une forte accumulation de déchets difficiles à éliminer et à un appauvrissement des métaux précieux. En effet, afin de répondre à ces questions, le 26 Septembre 2006, une directive européenne relative aux piles et accumulateurs a été déposé: 2006/66/CE.
Le noyau de règles européennes concerne l’obligation pour tous les Etats membres, de collecte et de recyclage des matériaux (batteries) quelle que soit leur classification électrochimique.
Le but de cet article est d’examiner la technologie des batteries lithium-ion de l’air, les principales applications et de nouvelles perspectives technologiques.
(pour plus de détails sur les règles européennes se référer au lien suivant: http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2006:266:0001:0014:fr:PDF)
Batterie lithium-air: généralités
Il existe quatre types de batteries lithium-air qui sont classés en fonction de l’élément dans lequel les sels de lithium sont dilués, soit classés selon l’électrolyte: – A solvants aqueux;
- A solvants non aqueux;
- A solvants hybrides (mélanges);
- A composé totalement solide. Le trait commun est que toutes utilisent le lithium (métal) comme anode et l’oxygène gazeux comme cathode indépendamment des différents mécanismes de réaction électrolytique.
Pour compléter l’analyse définissons les éléments énoncés comme suit:
- Anode: c’est le pôle négatif qui libère des électrons au circuit;
- Cathode: est le pôle positif qui capte des électrons dans le circuit (le type d’élément est habituellement désigné en fonction du matériau avec lequel la cathode est faite);
- Electrolyte: sépare les deux électrodes (anode et cathode) et constitue les moyens de transfert d’ions entre l’anode et la cathode, agissant comme un isolant pour les électrons.
Les avantages, les limites et les applications
Ainsi, l’élément clé des batteries lithium-air est essentiellement l’oxygène. En effet, ce dernier permet de stocker beaucoup plus d’énergie que ne le font les technologies concurrentes.
Pour cette raison, les batteries lithium-air sont capables d’accumuler et de distribuer, au moins en théorie, la même quantité d’énergie que les combustibles traditionnels, mais il existe une limite pratique qui est la capacité à compacter l’oxygène à l’intérieur de la batterie.
Donc, la capacité réelle de la batterie est directement proportionnelle à la quantité d’oxygène qu’on peut utiliser comme cathode. Pour cette raison, elles ont besoin de recharge constante pour optimiser leur performance.
Face à une telle limite on a misé sur de sérieuses recherches afin d’obtenir des solutions plus efficaces. Le réel potentiel des batteries au lithium, malgré ses limites déjà décrites, en fait un élément récurrent pour des solutions de nano-technologique et des systèmes d’énergie alternative.
L’une des solutions les plus courantes est l’utilisation des batteries lithium combinés avec des systèmes off-grid. Concrètement, les systèmes off-grid sont des installations de production de l’énergie propre, sans connexions avec de grands réseaux électriques.
Le rendement élevé de ces batteries permet de conserver l’énergie électrique, par exemple la photovoltaïque, pour la rendre disponible ensuite, dans les 24 heures. Ces systèmes sont souvent utilisés dans les camping-cars, navires et avions (seulement prototypes d’avions) pour alimenter des systèmes de navigation et les télécommunications.
Nombreux sont des exemples d’installations (hors réseau) domestique, dans des zones reculées qui, servis par des systèmes d’énergie alternative (comme: solaire thermique, photovoltaïque, éolien, etc.) rendent les structures totalement indépendantes et sans aucun impact environnemental. (pour plus de détails dans ce domaine se référer au lien suivant: http://www.iflscience.com/technology/new-metal-air-battery-drives-car-1800km-without-recharge)
Perspectives nouvelles
D’excellentes nouvelles et de nouvelles perspectives proviennent des résultats obtenus par une équipe de chercheurs de l’Argonne National Laboratory (US Department of Energy). Ainsi, on a conçu un processus chimique innovant et alternatif qui permet de produire de l’oxyde de lithium ultra en améliorant le rendement et la durée de vie de l’accumulateur.
L’étude a ensuite été confirmée par des tests effectués à l’Université de l’Illinois à Chicago (UIC), où la conception d’un nouveau type de spectromètre de masse a approuvé une capacité de tension plus élevée de la batterie et une augmentation considérable de la vitesse de chargement.