Pourquoi utilisons-nous des piles au lithium ? 4 alternatives

Les piles au lithium sont indispensables à notre vie depuis des années et sont également nécessaires pour de nombreux appareils numériques. Mais pourquoi les batteries à base de lithium sont-elles devenues si populaires, et existe-t-il de meilleurs choix ? Qu’est-ce qui pourrait éventuellement remplacer complètement les batteries à base de lithium ?

Que sont les batteries à base de lithium ?

Les batteries à base de lithium (batteries lithium-ion) sont l’un des types de batteries les plus courants aujourd’hui. Le concept des batteries à base de lithium a été proposé pour la première fois en 1976 par Michael Stanley Whittingham, un chimiste britannique. Les batteries à base de lithium ont fini par être disponibles commercialement sur une large gamme quelques années plus tard, en 1991, lorsqu’elles sont entrées dans la production de masse.

Une batterie à base de lithium peut être disponible en de nombreux types, l’une des versions les plus remarquables étant le phosphate de fer lithié, l’oxyde de cobalt lithié, l’oxyde de manganèse lithié, ainsi que l’oxyde de manganèse cobalt lithié. Ces batteries comprennent de petites cellules électriques, chacune étant constituée d’une électrode favorable (cathode), d’une électrode négative (anode), ainsi que d’un électrolyte.

À l’intérieur de la cellule, les ions lithium se déplacent entre l’électrode positive et l’électrode négative, l’électrolyte agissant comme vecteur de mouvement. Les ions lithium (Li+) ont une charge positive et sont par conséquent attirés par l’électrode négative. Les deux électrodes sont également constituées de composants cruciaux. Dans le cas d’une batterie ordinaire à l’oxyde de cobalt et de lithium, la cathode est construite à partir d’oxyde de cobalt et de lithium, tandis que l’anode est généralement constituée d’une substance à base de carbone appelée graphite.

La cathode va certainement distribuer quelques-uns de ses ions lithium positifs, qui se déplacent ensuite vers l’anode via l’électrolyte, lançant de l’énergie que la batterie utilisera pour son résultat énergétique. Ce processus rapide et simple est actuellement utilisé par des milliards d’individus dans le monde entier pour alimenter leurs gadgets.

De nombreuses marques de batteries lithium-ion sont à usage unique. Bien qu’elles puissent alimenter un gadget pendant des semaines, des mois, voire des années, il faut en prendre soin et également le changer lorsque la batterie s’épuise. Cependant, les batteries rechargeables à base de lithium sont actuellement populaires, car elles peuvent permettre aux individus d’économiser de l’argent et de créer moins de déchets.

Mais pourquoi, exactement, les piles au lithium sont-elles le premier choix ? Qu’est-ce qui en fait une option si attrayante pour les fournisseurs et aussi pour les clients ?

Pourquoi utilisons-nous des piles à base de lithium ?

Nous utilisons généralement des batteries à base de lithium en raison de leur longue durée de vie par rapport à divers autres types de batteries. Les producteurs veulent créer et commercialiser des batteries qui fournissent de l’énergie pendant quelques jours tout en restant légères et portables. En outre, selon le Clean Energy Institute Les batteries au lithium-ion ont un taux d’autodécharge très faible, de l’ordre de 1 à 2 % par mois, ce qui signifie qu’elles perdent un pourcentage plus faible de leur capacité énergétique totale chaque fois qu’elles sont utilisées.

Les batteries lithium-ion peuvent créer de l’énergie au moyen d’un procédé chimique simple, ce qui en fait un choix vraiment intéressant pour les producteurs. En outre, l’épaisseur de la puissance des batteries lithium-ion en fait l’option la plus recommandée. Une batterie lithium-ion de base a une capacité de 260-270wh/ kg (wattheures par kilo), alors que les batteries au plomb ne peuvent atteindre qu’une capacité de 50-100wh/ kg (d’après Dragonfly Energy ). L’épaisseur de la puissance des batteries lithium-ion est en outre une raison essentielle pour laquelle elles sont généralement utilisées dans les voitures électriques.

En raison de ces éléments, les batteries au lithium sont préférées par le public, et elles ne sont pas chères à l’achat. Alors que des marques ou des modèles spécifiques de batteries peuvent avoir un tarif plus élevé, les batteries conventionnelles à base de lithium sont généralement plutôt économiques et également disponibles dans d’innombrables magasins dans le monde entier.

Mais les batteries au lithium-ion ne sont jamais parfaites. En fait, il y a quelques problèmes flagrants associés à cette source d’énergie extrêmement populaire.

Le problème des batteries à base de lithium

L’un des plus grands problèmes liés aux batteries au lithium-ion est la grande quantité de déchets qu’elles développent. De nombreuses personnes choisissent de jeter les batteries par le biais des déchets normaux une fois qu’elles manquent d’énergie, ce qui est dommageable pour l’environnement.

Lorsque les batteries au lithium-ion sont éliminées en même temps que divers autres déchets généraux non recyclables, elles finissent dans une décharge. Une fois qu’elles y atterrissent, leurs éléments peuvent être lessivés et endommager gravement le milieu environnant. Le lithium, le nickel, le cobalt et le manganèse peuvent tous présenter des risques de contamination importants et sont tous présents dans différents types de batteries au lithium.

Qui plus est, l’extraction du lithium pour ce type de batterie nuit en outre à notre monde. Le lithium peut être extrait par le biais de l’exploitation du sel ou de l’évaporation, les deux procédés ayant un résultat horrible sur l’atmosphère. La contamination, l’augmentation de la salinité de l’eau, les rejets de CO2 et la perte de biodiversité sont autant d’effets négatifs troublants de l’extraction du lithium.

Crédit image : Google Maps

Étant donné que le marché des batteries au lithium est prévu de croître de 14,6 pour cent entre 2020 et également 2026 (comme indiqué par Statista ), il est très probable que le processus d’élimination du lithium continuera à présenter un risque environnemental. Il s’agit en outre d’un problème croissant sur le marché de la fabrication des VE.

Alors, quelles sont les options ?

Les 4 principales alternatives aux batteries à base de lithium.

1. Batteries à l’eau salée

Les mers salées couvrent les deux tiers de notre planète. Alors, comment utiliser cette source pour la production d’énergie ?

Les batteries à eau salée utilisent un remède salin concentré pour créer de l’énergie. Les batteries à l’eau salée se composent également d’une anode ainsi que d’une cathode, le service salin servant d’électrolyte (ou de vecteur) pour les ions sodium favorables (ions Na+). Les ions de sel font un voyage de la cathode à l’anode, produisant de l’énergie.

L’eau de mer proprement dite n’est pas utilisée dans les batteries en mer profonde, mais des quantités massives de sel peuvent être recueillies dans la mer et utilisées pour ces batteries. L’utilisation de l’eau salée pour fabriquer des batteries pourrait être beaucoup moins dommageable pour l’environnement que les processus d’élimination utilisés pour le lithium, le cobalt, le nickel et d’autres métaux utilisés dans les batteries.

2. Batteries en verre

Les batteries en verre peuvent sembler un peu inhabituelles, mais elles ont de merveilleuses perspectives. La batterie en verre est une originalité relative, conceptualisée pour la première fois par le physicien John Goodenough en 2017. Cette batterie, appelée « batterie Goodenough », utilise le verre comme électrolyte. Alors que les électrolytes des batteries sont généralement de type fluide, la batterie en verre est entièrement solide.

L’utilisation d’un électrolyte solide est nettement plus sûre que les électrolytes liquides, car elle réduit les risques d’incendie et élimine la menace de lixiviation dans les décharges. Qui plus est, la batterie en verre peut durer beaucoup plus longtemps que les batteries lithium-ion, ce qui en fait une alternative plus durable. Le sel est également utilisé dans la batterie en verre, qui, comme indiqué lors de la présentation des batteries à l’eau salée, est une source plus durable que les métaux typiques des batteries.

3. Batteries sodium-soufre

Les batteries sodium-soufre (NaS) sont une sorte de batterie à l’état liquide qui utilise des anodes et aussi des cathodes fondues. Dans cette situation, l’anode et aussi la cathode peuvent être trouvées sous une forme fluide, la première étant du sel fondu et la dernière du soufre liquéfié. Ces batteries existent depuis les années 1960, avant la conception de la batterie lithium-ion. Pourtant, quelle est la capacité de la batterie NaS dans notre monde ?

Un avantage important des batteries sodium-soufre est leur densité énergétique supérieure à celle des batteries lithium-ion. En effet , des chercheurs de l’Université de Sydney ont mis au point une batterie sodium-soufre dont la capacité énergétique est quatre fois supérieure à celle des batteries lithium-ion en 2022. De plus, les batteries sodium-soufre sont beaucoup moins toxiques que les batteries lithium-ion, ce qui est une excellente nouvelle pour l’environnement.

4. Batteries au chanvre

Vous ne supposeriez pas que le chanvre a le potentiel de changer les batteries lithium-ion, pourtant cette plante a montré une fois de plus sa polyvalence. Néanmoins, ces batteries sont accompagnées d’un avertissement : elles utilisent toujours des aciers lourds comme le lithium pour fonctionner.

Eco Watch rapporte qu’un exemple de batterie alimentée par du chanvre, créé par des scientifiques en 2022, utilise du lithium et du soufre dans sa procédure de production d’énergie. La différence ici est que d’autres aciers lourds, comme le nickel ou le cobalt, ne sont pas utilisés, et la batterie elle-même a de meilleures performances que les variantes traditionnelles au lithium-ion. En effet, le chanvre aide la cathode à prolonger sa durée de vie en multipliant les cycles.

Les batteries à base de chanvre sont également beaucoup plus rentables et sont envisagées pour les véhicules électriques. Pour en savoir plus sur les différents types de batteries pour véhicules électriques, consultez notre article consacré à ce sujet.

L’industrie des batteries pourrait devenir beaucoup plus verte à l’avenir.

Avec des alternatives aussi encourageantes aux batteries lithium-ion actuellement dans les emplois, il est intéressant de penser à l’avenir du secteur des batteries. Si de tels choix sont annoncés avec succès, nous pourrons nous prémunir contre de nombreuses préoccupations écologiques et également contre des catastrophes. En somme, c’est un gagnant-gagnant pour les remplacements de lithium-ion !

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