Les batteries au lithium sont devenues une source d’énergie indispensable pour tout, des smartphones aux véhicules électriques. Cependant, les batteries au lithium se dégraderaient avec le temps, ce qui réduirait leurs performances et leur longévité. Certains appareils électroniques tels que les smartphones et les tablettes sont souhaités pour une durée de vie plus longue grâce à leurs types lithium-ion. Dans une société d'ingénierie colombienne, une méthode innovante de congélation des batteries au lithium pour prolonger leur durée de vie a été développée et reconnue par le marché. Nous discuterons ensuite de la science fondamentale, des méthodes pratiques et des avantages typiques de cette méthode de congélation des batteries Li-ion.
Les batteries au lithium peuvent-elles geler ? Quelle est la température de congélation des batteries au lithium ?
Le terme « gel » pourrait impliquer un processus de solidification, qui ne se produit pas précisément dans les batteries au lithium. Cependant, les batteries au lithium peuvent effectivement subir des effets néfastes lorsqu’elles sont exposées à de basses températures. Cependant, l’impact du froid sur les performances de la batterie est important.
Lorsque les batteries au lithium sont soumises à des températures froides, le taux de transfert du lithium-ion vers et hors de l'anode ralentit rapidement. Ce ralentissement se produit parce que le placage en alliage lithium-ion sur la surface de l'anode bloque les sites de carbone, empêchant ainsi le transfert d'ions. Par conséquent, le flux de courant est restreint, entraînant une réduction notable de la capacité de la batterie. Essentiellement, le terme « gel » fait référence à l’empêchement du transfert des ions lithium à travers l’anode.
Si les températures froides diminuent la capacité de la batterie, elles peuvent également avoir de graves effets sur certains composants de la batterie. Par exemple, l’électrolyte peut se raidir, empêchant le cycle ionique fluide et nuisant encore davantage aux performances de la batterie. Par conséquent, la tension et la puissance de sortie diminuent à mesure que la capacité de la batterie diminue.
Pour garantir des performances optimales, il est essentiel de comprendre les plages de températures dans lesquelles les batteries au lithium peuvent fonctionner efficacement. Généralement, les batteries au lithium fonctionnent mieux lorsqu'elles sont stockées entre -4°F et 140°F, la charge étant recommandée entre 32°F et 131°F (0°C à 55°C) pour des raisons de sécurité. Charger des batteries au lithium en dessous de températures de congélation peut entraîner des dommages permanents, réduisant considérablement leur efficacité. Par conséquent, il est conseillé d’éviter de charger des batteries au lithium à des températures inférieures à zéro si elles sont destinées à être utilisées dans de telles conditions. Généralement, le point de congélation de la plupart des électrolytes des batteries lithium-ion se situe entre -40°C et -60°C environ. Cependant, il est important de noter que le gel d’une batterie lithium-ion peut avoir des effets néfastes sur ses performances et son intégrité structurelle s’il n’est pas effectué correctement. Cliquez ici pour en savoir plus sur les effets du froid sur les batteries au lithium.
Dans ce cas, comment la congélation des batteries lithium-ion prolonge-t-elle exactement la durée de vie de la batterie ?
La réalité derrière la notion de gel des batteries Li-ion
Dans un avant-goût article de recherche publié dans Nano Letters, une équipe dirigée par Yang Yuan, professeur adjoint estimé de science et d'ingénierie des matériaux à Columbia Engineering, a dévoilé une méthode innovante de congélation des batteries au lithium, visant à optimiser leurs performances et leur durée de vie. Cette approche pionnière recèle un immense potentiel non seulement pour améliorer la sécurité des batteries au lithium, mais également pour étendre considérablement leur utilisation. De plus, les chercheurs prévoient que cette méthode pourrait révolutionner la technologie des batteries, les rendant plus flexibles pour répondre à l’évolution future de la demande de batteries pliables.
Appelée congélation ou modèle de glace, la méthode développée par l’équipe de recherche permet un contrôle et une manipulation précis de la structure chimique des électrolytes des batteries au lithium. Cette avancée permet de produire des batteries mieux adaptées à un large éventail d’applications, notamment les appareils portables, les systèmes de stockage d’énergie au niveau du réseau et les véhicules électriques.
Actuellement, les batteries au lithium commerciales utilisent principalement des électrolytes liquides, qui possèdent malheureusement des propriétés hautement inflammables, ce qui présente des risques de sécurité importants. Des incidents tragiques tels que des explosions de batteries de smartphones de marques réputées ont souligné le besoin urgent de solutions alternatives plus sûres. En réponse, les chercheurs ont étudié avec diligence diverses voies pour relever ces défis et prévenir des incidents similaires à l’avenir.
Grâce à une concentration accrue et à une recherche incessante d’amélioration, les chercheurs ont exploré et abordé la possibilité de remplacer les électrolytes liquides par des structures à l’état solide. Pour améliorer la sécurité des batteries, ils ont développé la méthode de congélation.
Les effets et les impacts de la méthode de congélation
L'équipe de Yang explore l'idée d'utiliser des électrolytes solides pour remplacer les électrolytes liquides dans la fabrication de batteries au lithium entièrement solides. Leur objectif réside dans l’utilisation de la méthode de création de modèles de glace pour produire des structures d’électrolytes solides en céramique alignées verticalement, qui offrent des voies rapides pour les ions lithium et une conductivité élevée. Cette approche innovante consiste à refroidir l'électrolyte liquide d'une batterie au lithium avec des particules de céramique, permettant à la glace de se développer et de se déplacer ainsi que de concentrer les particules de céramique.
En utilisant le vide pour convertir la glace en gaz, une structure de l’électrolyte alignée verticalement est obtenue. Cette structure est combinée à un polymère pour le support et la flexibilité. Yang estime que cette batterie au lithium flexible entièrement solide répond non seulement aux problèmes de sécurité, mais améliore également la densité énergétique des batteries, ce qui les rend idéales pour les applications de transport et de stockage. De plus, il présente un grand potentiel pour la fabrication de dispositifs flexibles ou « pliables ».
La méthode de modelage de glace ou de coulée par congélation, encore en phase de développement, progresse vers la fabrication d'un prototype. Une fois réussie, cette étape aura un impact significatif sur l’industrie des batteries, marquant un grand pas en avant dans la technologie des batteries. Les recherches en cours sont prometteuses pour révolutionner les capacités des batteries au lithium, en offrant des performances et une polyvalence améliorées pour diverses applications. Grâce à des progrès continus, le programme vise à répondre aux attentes et à offrir des avantages tangibles pour les futures solutions de stockage d'énergie.
Les avantages de la congélation des batteries au lithium : le point de vue d'un fabricant
CM Batteries en tant que fabricant professionnel de batteries au lithium, comprend l'importance de maximiser la durée de vie et les performances de la batterie. Décomposons les effets du gel des batteries au lithium en termes plus simples pour mettre en lumière ses avantages pour les utilisateurs quotidiens.
Les batteries au lithium utilisent des électrolytes liquides, hautement inflammables. En termes simples, soumettre ces batteries à des températures élevées ou les charger trop rapidement induit du stress. Ce stress diminue la capacité de la batterie à conserver sa charge, en particulier lorsqu'elle est exposée à des températures élevées prolongées ou lorsqu'elle est maintenue complètement chargée pendant de longues périodes. Un stress excessif a des conséquences néfastes, réduisant considérablement la durée de vie de la batterie.
Cependant, stocker ces batteries dans un environnement frais après les avoir chargées et les protéger de la chaleur donne des résultats positifs. La congélation des batteries au lithium aide à réduire le stress et offre plusieurs avantages.
La congélation des batteries ralentit les réactions chimiques, réduisant ainsi l'autodécharge et empêchant la perte de charge au fil du temps. Certains prétendent même que le gel peut raviver des batteries faibles ou mortes.
Les batteries lithium-ion sont-elles restaurées dans les congélateurs ?
La température augmente en raison du mouvement continu du lithium dans les batteries lithium-ion. Pour cette raison, c'est une bonne idée de maintenir la batterie au frais ou à température ambiante. Idéalement, vous n’auriez jamais dû envisager de stocker vos batteries dans un sous-sol chaud ou en plein soleil. Votre batterie durera moins longtemps si elle est exposée à la chaleur. Ainsi, si vous détectez que la batterie lithium-ion surchauffe, vous pouvez la récupérer en la mettant au congélateur.
Cependant, vous devez vous assurer que votre batterie ne soit pas mouillée si vous envisagez de la geler. Avant de mettre la batterie Li-ion au congélateur, l’idéal serait de la mettre dans un sac hermétique. La batterie peut être conservée au congélateur pendant environ 24 heures sans entrer en contact avec l'humidité si elle est placée dans un sac hermétiquement fermé. En effet, l’humidité peut endommager votre batterie de plusieurs manières. Il est conseillé d'éviter de placer votre batterie à proximité d'un congélateur.
En résumé, alors que la méthode de congélation continue de se développer, le concept de congélation des batteries lithium-ion offre une approche logique pour prolonger leur durée de vie. À mesure que l'industrie évolue, nous sommes impatients d'intégrer de nouvelles technologies et méthodologies dans nos processus de fabrication de batteries pour fournir des produits de qualité supérieure à nos clients.
