Défis et inconvénients des batteries au lithium : un aperçu complet

Challenges and Drawbacks of Lithium Batteries: A Comprehensive Overview.
Table
  1. Défis et inconvénients des batteries au lithium : un aperçu complet
  2. Dégradation
  3. Gonflement de la batterie
  4. Risques d'incendie
  5. Mauvaises pratiques d’élimination des batteries
  6. Cher à fabriquer


Défis et inconvénients des batteries au lithium : un aperçu complet

Au XIXe siècle, l’introduction des batteries a marqué une avancée révolutionnaire dans le stockage de l’énergie, conduisant à des innovations sans précédent. Des disques traditionnels de cuivre et de zinc liés par des électrolytes, les batteries sont devenues des composants indispensables de la vie quotidienne. Parmi les différents types, les batteries lithium-ion sont devenues le choix incontournable dans les environnements résidentiels, commerciaux et éducatifs, saluées pour leur densité énergétique élevée et leur durée de vie opérationnelle prolongée, en particulier dans les appareils électroniques portables et les transports électriques.

Cependant, les éloges à l’égard des batteries lithium-ion ne sont pas sans réserves. Malgré leurs capacités de charge accélérée, leur durée de vie prolongée et leur densité de puissance améliorée, ils sont confrontés à plusieurs problèmes et inconvénients :

Dégradation

Dans un article instructif publié dans Air Quality News, la Dre Beatrice Browning, chercheuse affiliée à la Faraday Institution, met en lumière les dommages potentiels infligés aux structures des électrodes des batteries par les cycles continus d'ions lithium entrant et sortant des électrodes. Les recherches de la Royal Society of Chemistry, dirigées par le Dr Browning, identifient la température, l'état de charge (SoC) et le profil de charge comme les trois variables de contrainte externes essentielles influençant le processus de dégradation. Cependant, l’établissement d’un critère universel pour définir un cycle s’avère difficile, comme le soutient la Battery University, étant donné les profondeurs de décharge variables.

Le nombre fini de cycles de vie inhérent aux batteries lithium-ion entraîne une perte progressive de capacité au fil du temps. Les subtilités du comptage cyclique, comme mentionné par la Battery University, soulignent le caractère peu concluant des variations de la profondeur de décharge. En outre, la durée de vie globale des batteries lithium-ion, notamment dans des applications telles que les véhicules électriques, est influencée par des facteurs externes tels que les conditions météorologiques, les techniques de charge et le taux de charge. Newark Electronics ajoute une autre couche à cette complexité, en soulignant que même pendant les périodes d'inactivité, les batteries lithium-ion peuvent vieillir en raison d'une décharge régulière. À ces défis s’ajoutent les défauts de fabrication et d’autres facteurs incontrôlables qui peuvent conduire les batteries au lithium sur une voie de dégradation, pouvant entraîner des conséquences catastrophiques.

Gonflement de la batterie

Le phénomène de gonflement des batteries est un indicateur flagrant de divers problèmes sous-jacents, allant d'une mauvaise utilisation fondamentale (telle qu'une surcharge ou une application incorrecte de la tension) à des facteurs externes tels que des membranes brisées ou des défauts de fabrication. Au-delà des problèmes esthétiques évidents, notamment les boîtiers visiblement saillants, le gonflement de la batterie peut constituer un danger potentiel.

Un épisode juridique important s'est produit en 2019 lorsque des résidents du New Jersey ont intenté un recours collectif contre Apple concernant des problèmes de gonflement de la batterie de l'Apple Watch. Les plaignants ont souligné le risque pour la sécurité associé au gonflement de la batterie, citant des cas où cela a conduit à la rupture ou à l'éclatement de l'écran de l'Apple Watch.

D’autres ramifications juridiques sont apparues en 2021 avec un autre recours collectif en Californie. Cette plainte alléguait que chaque modèle, dépourvu de mesures suffisantes pour prévenir les incidents thermiques, était confronté au risque d'écrans détachés, brisés ou fissurés. La cause fondamentale a été attribuée à l’espace insuffisant alloué à l’intérieur de l’appareil pour la batterie au lithium-oxyde de cobalt de forme rectangulaire et chargée électromagnétiquement.

Même si certains aspects de ces batailles juridiques auraient été abandonnés, Court House News a souligné le danger persistant de blessures corporelles. Ce n'est pas uniquement un problème spécifique à Apple ; De nombreux autres fabricants utilisant des batteries lithium-ion dans leurs appareils électroniques sont confrontés à des problèmes similaires, soulignant les défis généralisés associés au gonflement des batteries dans l'industrie électronique.

Risques d'incendie

La prédominance des batteries lithium-ion dans les voitures électriques modernes est due à leur efficacité énergétique reconnue et à leur conception légère. Bien qu'elles soient moins sujettes à la surchauffe, ces batteries présentent toujours un risque de prendre feu, généralement dû à un emballement thermique ou à un échauffement incontrôlable. Selon les données de l'Environmental Protection Agency, plus de 240 incendies de batteries lithium-ion se sont produits dans 64 décharges municipales aux États-Unis entre 2013 et 2020.

Un exemple flagrant des dangers potentiels associés aux batteries lithium-ion est apparu en 2016 lorsque Samsung a pris la mesure drastique d'arrêter définitivement la série Galaxy Note 7. La décision a été motivée par un défaut de conception qui a pratiquement fait exploser les appareils plutôt que de simplement surchauffer. Rapports d'utilisateurs, y compris ceux possédant des modèles de remplacement, des cas détaillés d'explosion de smartphones Galaxy Note 7.

Quelques mois après l'arrêt de la production, Samsung a fait l'objet d'un examen minutieux de la part de CNBC, révélant des problèmes liés aux courts-circuits des batteries lithium-ion et à des défauts de soudure. En réponse, la Commission américaine de sécurité des produits de consommation a publié un rappel couvrant 1,9 million de téléphones Galaxy Note 7 aux États-Unis, soulignant le besoin urgent de répondre aux problèmes de sécurité associés aux batteries lithium-ion dans l'électronique grand public.

Mauvaises pratiques d’élimination des batteries

Compte tenu du déclin inévitable de la fonctionnalité des batteries lithium-ion, il devient impératif de saisir les options limitées disponibles pour leur élimination appropriée. Même si certains peuvent jeter les piles AA avec les ordures ménagères, l'Environmental Protection Agency (EPA) déconseille fortement d'incorporer les piles lithium-ion dans les déchets ménagers ou dans les conteneurs de recyclage standard. Le risque inhérent d'incendie associé aux batteries lithium-ion ajoute à la complexité de leur transport, posant des défis lors du transport dans les camions et de l'élimination dans les décharges.

Pour garantir une gestion responsable des déchets, il est crucial de transporter les batteries lithium-ion inutilisables vers des installations désignées de collecte des déchets et de recyclage. L'EPA recommande des précautions supplémentaires, telles que scotcher les bornes et stocker les batteries dans des sacs en plastique, reconnaissant la nécessité de mesures de sécurité renforcées. Cependant, il est prudent de consulter les directives spécifiques fournies par les fabricants de batteries pour respecter efficacement les procédures d'élimination appropriées.

Malgré l’émergence de méthodes modernes et efficaces pour extraire le cuivre des batteries lithium-ion, ce domaine prévoit une croissance substantielle à l’avenir. Notamment, emew Corporation se distingue en tant que contributeur technologique, mettant en avant les avancées dans ce domaine. À mesure que l'industrie évolue, des pratiques d'élimination responsables et des technologies innovantes joueront un rôle central dans l'atténuation des impacts environnementaux associés aux batteries lithium-ion.

Cher à fabriquer

Dans le domaine de la chimie des batteries, les batteries au lithium occupent la première place en termes de coût, avec un prix par kWh estimé à 132 dollars en 2021, comme le rapporte l'EPEC. Ce coût élevé est cependant souvent justifié par les performances et la longévité supérieures qu’offrent les batteries au lithium.

Alors que les batteries lithium-ion constituent actuellement le choix privilégié pour une large gamme de gadgets, l’évolution des demandes sociétales incite à réfléchir aux futurs composants des batteries. L’impératif réside dans le développement de solutions qui non seulement répondent aux besoins actuels, mais qui s’alignent également sur les exigences changeantes de notre société dynamique. En outre, on peut espérer que la baisse du coût du lithium ouvrira la voie à une accessibilité accrue, ouvrant potentiellement la voie à une nouvelle ère de technologies de batteries plus rentables et plus efficaces.

En outre, de nouvelles technologies de batteries, telles que les batteries aluminium-ion, sont en cours de développement, qui ont un temps de charge beaucoup plus rapide que les batteries au lithium. Cependant, leur densité n’est généralement pas la même que celle des batteries lithium-ion. Même si elle se traduit par une autonomie par charge inférieure, la recharge rapide reste une préoccupation cruciale pour les propriétaires de véhicules électriques. Ainsi, cela pourrait réduire les obstacles au passage aux véhicules électriques.

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