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 ...
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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).
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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 mao (Date : 2021-03-03 15:00:05)
très bon travail
- Par Admin
ADMINISTRATEUR DU SITE (2021-03-03 17:03:50) : Ce commentaire est encore meilleur ;-)
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.
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