Dossiers-Conseils > Fonctionnement d'une auto > Fonctionnement des batterie lihtium-ion 01/10/2019

Comment fonctionne une batterie de voiture électrique au lithium ion?

Après avoir vu dans un autre article le fonctionnement d'une batterie au plomb qui équipe toutes les voitures, voyons maintenant le principe d'une voiture électrique et surtout sa batterie au lithium ...


Principe

Comme dans tout type de batterie, le principe reste similaire : à savoir générer de l'énergie (ici de l'électricité) à partir d'une réaction chimique voire même électrique car la chimie n'est jamais bien loin de l'électricité. En effet, les atomes eux-mêmes sont constitués d'électricité : ce sont les électrons qui gravitent autour du noyau et qui forment en quelque sorte la "coquille" de l'atome, ou même sa "peau". Sachant aussi que les électrons libres sont des morceaux de peau volatiles qui passent leur temps à aller d'un atome à l'autre (sans s'y fixer), cela uniquement dans le cas de matériaux conducteurs (dépend du nombre de couches d'électrons et du nombre d'électrons sur la dernière couche).
On va alors ici prendre un "morceau de la peau" des atomes (donc une partie de son électricité) par réaction chimique afin d'obtenir de l'électricité.


Notions de base

Tout d'abord il y a deux pôles (les électrodes) que l'on nomme cathode (borne + : en oxyde de cobalt de lithium) et anode (borne - : en carbone). Chacun de ces pôles est constitué d'une matière qui va soit rejeter des électrons (-) soit en attirer (+). Le tout baigne dans de l'électrolyte qui va permettre la réaction chimique (un transfert de matière de l'anode à la cathode) résultant de la génération de l'électricité. Une barrière est insérée entre ces deux électrodes (anode et cathode) afin d'éviter le court circuit.

Notez que la batteries est composée de plusieurs cellules, dont chacune est formée par ce que l'on peut voir sur les schémas. Si par exemple je cumule 2 cellules de 2 volts, j'ai un total de 4 volts en sortie de batterie. Pour propulser une voiture de plusieurs centaines de kg, imaginez un peu le nombre de cellules qu'il faut ...

Que se passe-t-il à la décharge ?


A droite, ce sont les atomes de lithium. Il sont représentés en détail : le coeur en jaune représente les protons et les ronds verts les électrons qui tournent autour.

Quand la batterie est pleine, tous les atomes de lithium sont du côté de l'anode (-). Ces atomes sont constitués d'un coeur (lui-même constitué de plusieurs protons) ayant une force électrique positive de 3, et les électrons sont 3 à avoir une force électrique négative de 1 (soit un total de 3 aussi car 3 X 1 = 3). L'atome est donc stable avec 3 positifs et 3 négatifs (il n'attire ni ne rejette les électrons).


On arrache un électron au lithium, qui se retrouve alors avec seulement deux en sa possession : il est alors attiré vers le + et passera par la cloison

Quand je vais mettre le contact entre les bornes + et - (quand j'utilise la batterie donc), des électrons vont être propulsés de la borne - vers la borne + par le fil électrique externe à la batterie. Cependant, ces électrons proviennent de la "chevelure" des atomes de lithium ! En gros, sur les 3 électrons qui tournent autour, 1 est arraché, n'en laissant alors que 2 pour l'atome. Du coup, sa force électrique n'est plus équilibrée, ce qui va aussi donner lieu à la réaction chimique. Notez aussi que l'atome de lithium devient un ion lithuim+ car il est désormais positif (3 - 2 = 1 / Le coeur vaut 3 et les électrons 2 depuis que l'on en a perdu un. L'addition résultant à 1 et non 0 comme avant. Il n'est plus neutre donc).

La réaction chimique résultante du déséquilibre (suite à l'arrachage des électrons pour avoir du courant) va avoir comme conséquence d'envoyer les ion lithium+ vers la cathode (borne +) en traversant la paroi destinée à isoler le tout. Au final les électrons et les ions+ se retrouvent du côté +.



Quand la réaction est terminée la batterie est à plat. Il y a désormais un équilibre entre les bornes + et - ce qui empêche alors maintenant d'avoir de l'électricité. En gros, le principe consiste à provoquer une dépression au niveau chimique / électrique pour pouvoir créer un courant électrique. On peu voir la chose comme un fleuve, plus il est pentu plus l'intensité de l'eau qui coule sera importante. En revanche, si le fleuve est sur du plat, il ne s'écoulera plus, ce qui représente alors une batterie vidée.

Recharge ?


La recharge consiste a renverser le processus en injectant des électrons vers le - et en enlevant du plus par aspiration (un peu comme on ferait remonter l'eau du fleuve pour de nouveau exploiter sa coulée). En faisant cela, tout se reforme dans la batterie comme cela l'était avant de la décharger.
En gros, quand on décharge on exploite la réaction chimique, et quand on la recharge on remet les choses d'origine (mais il faut pour cela de l'énergie, et donc une borne de recharge).


Usure ?

Les batteries au lithium s'usent plus rapidement que les bonnes vieilles batteries au plomb qui équipent nos autos depuis des lustres. L'électrolyte a tendance à se dégrader tout comme les électrodes (anode et cathode), mais il faut aussi prendre en compte qu'un dépôt se forme sur les électrodes, ce qui réduit le passage des ions d'un côté vers l'autre ... Des appareils spéciaux permettent de récupérer des batteries usés en les déchargeant de manière très spécifique.

On estime à environ 1000-1500 le nombre de cycles possibles (décharge + recharge complète), avec donc un demi cycle si vous rechargez de 50 à 100% au lieu de 0 à 100%. LA chaleur abime aussi grandement les batteries au lithium-ion, qui ont tendance à chauffer quand on en tire trop d'énergie.

A lire aussi : comment préserver la batterie de ma voiture électrique ?

Puissance du moteur et puissance de la batterie ...

Contrairement à une voiture thermique, ce n'est pas le réservoir qui va avoir une incidence sur la puissance. Si vous avez un moteur de 400 ch, avoir un réservoir de 10 litres ne vous empêchera pas d'avoir les 400 ch, même si cela sera pour très peu de temps ... Pour une voiture électrique ce n'est pas du tout la même chose ! Si la batterie n'est pas assez performante, le moteur ne pourra pas être exploité à sa pleine puissance ... Ce qui est le cas sur certains modèles, dont le moteur ne pourra donc jamais être poussé à fond (sauf qi le propriétaire bricole et ajoute une batterie de gros calibre !).

A découvrir maintenant : le fonctionnement d'un MOTEUR électrique







Tous les commentaires et réactions



Dernier commentaire posté


Par Ben (Date : 2019-06-20 19:06:44)

Bonjour, pourrais-je utiliser vos images pour mon rapport s'il vous plait. Cela restera dans un cadre scolaire.
J'apprécie la clarté de vos articles. Merci
Ben

Il y a 1 réaction(s) sur ce commentaire :

  • Par Admin ADMINISTRATEUR DU SITE (2019-06-21 10:56:28) : Aucun problème, merci à vous.

(Votre post sera visible sous le commentaire après validation)

Suite des 8 commentaires :


Par Ben (Date : 2019-06-20 10:12:26)


Bonjour, merci pour votre article super complet!
Est ce que je peux utiliser vos images pour mon rapport de stage s'il vous plait?

Je vous remercie,

Ben


Il y a 1 réaction(s) sur ce commentaire :

  • Par Admin ADMINISTRATEUR DU SITE (2019-06-21 10:44:22) : Dans ce cadre oui, merci pour les encouragements.

(Votre post sera visible sous le commentaire)

Par Papiphysiq (Date : 2019-06-17 16:47:41)


Bonjour à tous, sauf erreur de ma part, dans un temps ancien
les cathodes étaient mentionnées comme pôles négatifs
les anodes étaient mentionnées pôles positifs
voire de physique chimie classe de 1ère

Dans votre article vous écrivez l'inverse, cela ne change rien à l'explication mais quand même un atome stable de lithium (3P+3E) qui perd un électron devient effectivement instable MAIS DE CHARGE POSITIVE et par conséquent ne peut se diriger vers l'anode!!!.

Si je me trompe dites le moi
attention les lycéens de ne pas recopier sans comprendre un jour cela se remarque
cordialement à tous


Il y a 3 réaction(s) sur ce commentaire :

  • Par Admin ADMINISTRATEUR DU SITE (2019-06-18 09:49:55) : Je lis ici (par exemple) que l'anode donne les électrons et la cathode les capte (toutes les sources indiquent la même chose).

    L'électron que perd l'atome est négatif, donc il se dirige logiquement vers le + cathode.
    Après vérification et revérification mes schémas sont bel et bien bons.

    Il semble que les atomes (ionisés) aillent vers le + car l'afflux d'électrons vers le + le rend de moins en moins positif (la cathode donc, elle se "remplit" d'électrons négatifs), et donc il faut revenir à une stabilité grâce à l'afflux d'atomes ionisés négatifs en provenance de l'anode (en gros "le + qui se fait envahir de - perd de plus en plus son caractère positif +").

    Donc si vous avez finalement tort, vous soulevez malgré tout une question très intéressante quant au fait qu'il paraît peu logique que du + (cathode) attire du + (atome ionisé) ...

    Merci d'avoir soulevé cette interrogation, et j'invite d'ailleurs les spécialistes dans le domaine à encore plus détailler ce point.
  • Par Papiphysiq (2019-06-21 18:28:57) : bonjour et merci d'avoir pris mon commentaire en considération et surtout d'y avoir consacré un peu de votre temps.
    Mais de manière absolue la terminologie exact est:
    Pôle - (négatif) d'une batterie est la CATHODE vient du grec KATA (en bas) et HODOS (chemin) point de sortie des électrons d'un générateur.
    Pôle + (positif) d'une batterie est l'ANODE vient du grec ANA (haut) et HODOS (chemin) point de retour des électrons dans un générateur.
    on pourrait entrer dans la discussion du sens conventionnel et du sens réel du courant électrique, mais je pense qu'il est préférable de clore le débat jusqu'au moment ou quelqu'un se sentira interressé par la question.
    encore une fois merci pour ce débat, cela me rajeunie
    cordialement
    J'arrete
  • Par Moivre (2019-09-23 23:32:53) : Salut,
    Vous le dîtes, la terminologie exacte définit la cathode négative et l'anode positive. Et cela est vrai. Exceptionnellement pour le double fonctionnement de la batterie càd la charge et la décharge, les électrodes gardent les mêmes appellations quand bien même leur fonctionnement change selon que la batterie soit en charge ou décharge.

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Par Matt (Date : 2019-02-02 22:11:50)


Bonsoir, je fais un tpe sur les voitures electriques et je voulais savoir si je pouvais utiliser vos images UNIQUEMENT dans un cadre scolaire ? Bonne soirée


Il y a 1 réaction(s) sur ce commentaire :

  • Par Admin ADMINISTRATEUR DU SITE (2019-02-03 11:02:05) : Vous êtes combien à venir à la pêche aux images ? Vous allez tous finir avec les mêmes illustrations ...
    Pas de problème pour moi dans ces conditions.

(Votre post sera visible sous le commentaire)

Par vinss (Date : 2019-02-02 20:30:48)


Bonsoir, puis-je utiliser vos illustrations pour présenter mon oral de 1ere ? (cela restera dans un cadre scolaire) merci de votre réponse


Il y a 1 réaction(s) sur ce commentaire :

  • Par Admin ADMINISTRATEUR DU SITE (2019-02-03 10:48:24) : Oui.

(Votre post sera visible sous le commentaire)

Par c moi (Date : 2019-01-05 18:45:45)


Un article de qualité qui m'a vraiment beaucoup aidé, merci !


Il y a 1 réaction(s) sur ce commentaire :

  • Par Admin ADMINISTRATEUR DU SITE (2019-01-06 09:54:06) : Merci à vous pour ce gentil mot ;-)

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Par claudius53 (Date : 2017-11-12 14:37:14)


Article écrit par "hiero"
Madame ou Monsieur, vous fêtes très fort en matière d'orthographe: fautes de
liaison, fautes d'accord, fautes de vocabulaire......j'en ai compté 27.
Alors commencez par réviser et écrire correctement, et vous serez moins
ridicule.
Sur le fond, vous avez un peu raison, car l'exploitation du lithium est faite
dans des conditions qui génèrent de la pollution avant la phase d'utilisation.
mais à l'usage, il y a beaucoup moins de pollution qu'un moteur thermique,
diesel ou même essence.
Concernant l'après-pétrole dans environ 30 ans, vous verriez quoi comme mode d'énergie, en dehors de l'électricité, l'hydrogène, le bio-gaz, ou l'air
comprimé, pour faire fonctionner voitures, motos, camions, etc...


Il y a 3 réaction(s) sur ce commentaire :

  • Par Wanu1966 TOP CONTRIBUTEUR / MECANO (2017-11-12 21:01:09) : Avant de faire des leçons de moral sur l'orthographe, révisez le vôtre, déjà une faute sur la première ligne ! MDR.
  • Par Admin ADMINISTRATEUR DU SITE (2017-11-13 07:50:12) : "Mais à l'usage il y a beaucoup moins de pollution". Très vague, vous y mettez quoi dans votre batterie (mode de recharge) ? Du charbon ? Du nucléaire ? ...
    Pour votre réflexion du début vous pouvez vous la garder. Je ne suis pas contre ce genre de remarque mais quand elles sont dites avec un minimum de tact.
    3Alors commencez par réviser et écrire correctement", mais pour qui vous prenez-vous ?
  • Par Admin ADMINISTRATEUR DU SITE (2017-11-13 08:33:02) : A priori j'ai fait une erreur ... Vous répondiez à un internaute dénommé Hiero ?
    Excusez mon intervention "défensive" si c'est le cas ...

(Votre post sera visible sous le commentaire)

Par hiero (Date : 2016-10-02 20:19:41)


A l heure actuelle rien de plus polluant que les voiture Electrique car l Electricité sont des centrale nucléaire quand il y a un hiver tres froid les centrale n arrive meme pas a fournir asse d electricite.. alors imaginer 10 millions de voiture electrique ?? maintenant quel bon pretexte pour construire d autre nouvelle centrale.. alors les ecolos ,la rigoleront beaucoup moins qaund on leur dira qu il faut d autre centrale pour qu ils puissent prndre leur bagnole et je passe encore pleins de choses...


Il y a 5 réaction(s) sur ce commentaire :

  • Par Wanu1966 TOP CONTRIBUTEUR / MECANO (2016-10-02 21:33:06) : Je ne suis pas un adepte des véhicules électriques car elles sont loin d'être au point, à commencer par l'autonomie !
  • Par daveh6 (2016-11-30 18:14:04) : pas besoin de nucleaire quand ont a l hydro electricite ! personnelemnt je prefere electrique car revien moin chere a rouler 0.057$ le kw/h. emplus tesla s a une meilleur autonomie que mon cayenne a essence
  • Par ms74 (2017-08-11 15:18:12) : Jusqu'à preuve du contraire, l'hydraulique pour la production d'électricité est saturée en France.Par ailleurs, il ne faut pas dire que l'hydraulique est sans dangers.Voir le barrage de Bort-les Orgues dont la rupture provoquerait au moins 300000 morts par effet de cascade et raz de marée dans la vallée de la Dordogne, jusqu'à Bordeaux.A notre époque où les attentats sont courants, il faut y penser.
  • Par Hubert (2017-10-10 14:51:57) : Le solaire et l'éolien peuvent charger une voiture. C'est même un excellent moyens de stockage d'électricité non utilisée. Exemple : un toit fait tourner la machine à laver, le congélateur, la box… mais quand tout cela est éteint le trop plein peut aller dans la voiture.
    Les japonais depuis Fukushima vont même à utiliser le reste d'énergie de la voiture pour l'électricité du soir. Le couple voiture plus panneaux solaire est très largement sous exploité.
  • Par elector (2018-01-22 12:03:32) : Espèce de rageux tu connais rien a l'électricité tu ferais de brancher tes neurones( et pas à une centrale nucléaire tu subirais une surcharge pondérale de neurones) , t'as pas d'autres arguments t'essaie de faire le fou avec tes centrales qui poussent comme des champignons et va lire un livre sur les énergies renouvelables et leurs avenirs.
    Cordialement
    Le pro du game électrique

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