Les piles au lithium font partie intégrante de notre vie depuis des décennies et sont nécessaires à divers appareils électroniques. Mais pourquoi les piles au lithium sont-elles devenues si populaires ? Existe-t-il de meilleures alternatives ? Qu’est-ce qui pourrait un jour remplacer les piles au lithium ?
Que sont les batteries au lithium ?
Les batteries à base de lithium (batteries lithium-ion) sont le type de batterie le plus courant aujourd’hui. L’idée des batteries à base de lithium a été proposée pour la première fois en 1976 par Michael Stanley Whittingham, un chimiste britannique. Les batteries à base de lithium sont devenues commercialement disponibles à grande échelle quelques années plus tard, en 1991, lorsqu’elles ont été produites en masse.
Une batterie au lithium peut se présenter sous de nombreuses formes, les variantes les plus notables étant le phosphate de fer lithié, l’oxyde de cobalt lithié, l’oxyde de manganèse lithié et l’oxyde de manganèse cobalt lithié. Ces batteries contiennent de petites cellules électriques, chacune étant constituée d’une électrode positive (cathode), d’une électrode négative (anode) et d’un électrolyte.
À l’intérieur de la cellule, les ions lithium se déplacent entre les électrodes positives et négatives, l’électrolyte agissant comme vecteur de mouvement. Les ions lithium (Li+) ont une charge positive et sont donc attirés par l’électrode négative. Les deux électrodes sont également constituées de composants clés. Dans le cas d’une batterie typique au lithium-oxyde de cobalt, la cathode est constituée d’oxyde de cobalt et de lithium, tandis que l’anode est généralement constituée d’un composé à base de carbone appelé graphite.
La cathode cède une partie de ses ions positifs de lithium, qui se déplacent ensuite vers l’anode à travers l’électrolyte, libérant l’énergie que la batterie utilisera pour sa production d’énergie. Ce processus simple et rapide est désormais utilisé par des milliards de personnes dans le monde pour alimenter leurs appareils.
De nombreuses marques de batteries lithium-ion sont à usage unique. Bien qu’elles puissent alimenter un appareil pendant des semaines, des mois, voire des années, il faut s’en débarrasser et le remplacer une fois la batterie épuisée. Cependant, les batteries rechargeables à base de lithium sont désormais très populaires, car elles permettent aux utilisateurs de faire des économies et produisent moins de déchets.
Mais pourquoi, exactement, les piles au lithium sont-elles le premier choix ? Qu’est-ce qui les rend si attrayantes pour les fabricants et les consommateurs ?
Pourquoi utilisons-nous des batteries au lithium ?
Nous utilisons principalement des batteries à base de lithium en raison de leur longue durée de vie par rapport aux autres types de batteries. Les fabricants veulent produire et vendre des batteries qui fournissent de l’énergie pendant quelques jours tout en restant légères et compactes. De plus, selon le Clean Energy Institute, les batteries au lithium-ion ont une 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 globale à chaque utilisation.
Les batteries lithium-ion peuvent produire de l’énergie par un processus chimique simple, ce qui en fait une option très intéressante pour les fabricants. De plus, la densité énergétique des batteries lithium-ion en fait l’option préférée. Une batterie lithium-ion standard a une capacité de 260-270wh/kg (wattheures par kilogramme), alors que les batteries au plomb ne peuvent atteindre qu’une capacité de 50-100wh/kg (selon Dragonfly Energy). La densité d’énergie des batteries lithium-ion est également une des principales raisons pour lesquelles elles sont couramment utilisées dans les véhicules électriques.
En raison de ces facteurs, les batteries à base de lithium sont populaires auprès du grand public, et elles ne sont pas chères à l’achat. Si certaines marques ou certains modèles de batteries peuvent avoir un prix plus élevé, les batteries au lithium standard sont généralement très abordables et disponibles dans des millions de magasins dans le monde.
Mais les batteries au lithium-ion sont loin d’être parfaites. En fait, il y a quelques problèmes flagrants associés à cette source d’énergie incroyablement populaire.
Le problème des batteries au lithium
L’un des plus gros problèmes associés aux batteries au lithium-ion est la quantité de déchets qu’elles créent. De nombreuses personnes choisissent de se débarrasser des batteries via les poubelles ordinaires une fois qu’elles sont épuisées, ce qui est dommageable pour l’environnement.
Lorsque les batteries au lithium-ion sont jetées avec d’autres déchets généraux et non recyclables, elles finissent dans une décharge. Une fois qu’elles y atterrissent, leurs composants peuvent être lessivés et endommager gravement le milieu environnant. Le lithium, le nickel, le cobalt et le manganèse peuvent tous poser de sérieux risques de contamination et sont tous présents dans les différents types de batteries au lithium.
De plus, l’extraction du lithium pour ce type de batterie nuit également à notre planète. Le lithium peut être extrait par extraction de sel ou par évaporation, ces deux procédés ayant un effet néfaste sur l’environnement. La contamination, l’augmentation de la salinité de l’eau, les émissions de CO2 et la perte de biodiversité sont autant d’effets secondaires inquiétants de l’extraction du lithium.
Étant donné que le marché des batteries au lithium devrait connaître une croissance de 14,6 % entre 2020 et 2026 (selon Statista), il est probable que le processus d’extraction du lithium continuera à représenter une menace pour l’environnement. C’est également une préoccupation croissante dans l’industrie de la production de VE.
Alors, quelles sont les alternatives ?
Les 4 meilleures alternatives aux batteries au lithium
1. Piles à l’eau salée
Les océans d’eau salée couvrent les deux tiers de notre planète. Alors, comment utiliser cette ressource pour la production d’énergie ?
Les piles à eau salée utilisent une solution saline concentrée pour produire de l’énergie. Les batteries à l’eau salée contiennent également une anode et une cathode, la solution saline servant d’électrolyte (ou de vecteur) pour les ions sodium positifs (ions Na+). Les ions sodium se déplacent de la cathode à l’anode, produisant ainsi de l’énergie.
L’eau de mer n’est pas utilisée dans les piles à l’eau salée, mais des quantités massives de sel peuvent être récoltées dans l’océan et utilisées pour ces piles. L’utilisation d’eau salée pour fabriquer des piles pourrait être beaucoup moins dommageable pour l’environnement que les processus d’extraction utilisés pour le lithium, le cobalt, le nickel et d’autres métaux utilisés dans les piles.
2. Batteries en verre
Les batteries en verre peuvent sembler un peu inhabituelles, mais elles ont un grand potentiel. La batterie en verre est une idée relativement nouvelle, conceptualisée pour la première fois par le physicien John Goodenough en 2017. Cette batterie, connue sous le nom de « batterie Goodenough », utilise le verre comme électrolyte. Alors que les électrolytes des batteries se présentent généralement sous forme liquide, la batterie en verre est entièrement solide.
L’utilisation d’un électrolyte solide est considérablement plus sûre que les électrolytes liquides, car elle réduit les risques d’incendie et élimine le risque de lixiviation dans les décharges. De plus, la batterie en verre pourrait durer plus longtemps que les batteries lithium-ion, ce qui en fait une alternative plus durable dans l’ensemble. Le sodium est également utilisé dans la batterie en verre, qui, comme nous l’avons mentionné à propos des batteries à l’eau salée, est une ressource plus durable que les métaux traditionnels des batteries.
3. Batteries sodium-soufre
Les batteries sodium-soufre (NaS) sont une forme de batterie à l’état liquide qui utilise des anodes et des cathodes fondues. Dans ce cas, l’anode et la cathode se présentent sous forme liquide, la première étant du sodium fondu et la seconde du soufre fondu. Ces batteries existent depuis les années 1960, avant l’invention de la batterie lithium-ion. Mais quel est le potentiel de la batterie NaS dans notre monde ?
L’un des principaux avantages 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 créé en 2022 une batterie sodium-soufre dont la capacité énergétique est quatre fois supérieure à celle des batteries lithium-ion. De plus, les batteries sodium-soufre sont moins toxiques que les batteries lithium-ion, ce qui est une bonne nouvelle pour l’environnement.
4. Batteries au chanvre
On ne penserait pas que le chanvre puisse remplacer les batteries au lithium-ion, mais cette plante a prouvé une fois de plus sa polyvalence. Cependant, ces batteries ont un inconvénient : elles utilisent toujours des métaux lourds comme le lithium pour fonctionner.
Eco Watch rapporte qu’un exemple de batterie alimentée par du chanvre, développé par des chercheurs en 2022, utilise du lithium et du soufre dans son processus de production d’énergie. La différence ici est que d’autres métaux lourds, comme le nickel ou le cobalt, ne sont pas utilisés, et la batterie elle-même a une performance améliorée par rapport aux variantes traditionnelles de lithium-ion. En effet, le chanvre aide la cathode à prolonger sa durée de vie grâce à des cycles répétés.
Les batteries à base de chanvre sont également plus rentables et leur utilisation dans les véhicules électriques est envisagée. 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 prometteuses aux batteries lithium-ion déjà en cours de développement, il est passionnant de penser à l’avenir de l’industrie des batteries. Si ces alternatives sont commercialisées avec succès, nous pourrons éviter d’innombrables problèmes et désastres environnementaux. En somme, tout le monde est gagnant pour les remplacements des batteries au lithium-ion !
