Batteries EV 101 : les bases

Cet article est le premier d’une série sur les batteries EV et la chaîne d’approvisionnement des batteries EV.

Aux États-Unis, les transports contribuent davantage aux émissions de réchauffement climatique et à la pollution de l’air que tout autre secteur. Pour réduire la pollution climatique liée aux transports et éviter les pires effets du changement climatique, nous devons rapidement améliorer les infrastructures pour les moyens de déplacement non motorisés, et nous devons faire la transition du transport par véhicule pour utiliser l’électricité au lieu des combustibles fossiles. Nous devons électrifier notre façon de nous déplacer.

La bonne nouvelle, c’est que nous faisons des progrès : un nombre croissant de personnes achètent des véhicules électriques (VE) et de nombreux gouvernements et employeurs remplacent leurs camions, fourgonnettes et bus à essence par des véhicules électriques.

Cependant, pour accélérer l’adoption des VE, nous devrons améliorer la façon dont nous extrayons, traitons et assemblons les matériaux qui entrent dans une batterie de VE. Comprendre le fonctionnement d’une batterie de VE peut aider les décideurs politiques à prendre des décisions éclairées, aider les gens à choisir un VE qui répond le mieux à leurs besoins, orienter les ressources des investisseurs et doter les secteurs privé et public des outils dont ils ont besoin pour développer des technologies efficientes et efficaces.

Pour accélérer l’adoption des véhicules électriques, nous devrons améliorer la façon dont nous extrayons, traitons et assemblons les matériaux qui entrent dans une batterie de véhicule électrique.

Cet article répond à quatre questions courantes sur les batteries EV.

1. Quel type de batteries les VE utilisent-ils ?

La plupart des véhicules électriques sont alimentés par des batteries lithium-ion et un freinage régénératif, qui ralentit un véhicule et génère de l’électricité en même temps. Les types de véhicules électriques qui utilisent des batteries comprennent :

• Véhicules tout électriques, également connus sous le nom de véhicules électriques à batterie (BEV), sont entièrement alimentés à l’électricité. Pour recharger, le véhicule peut être branché sur une prise murale ou un chargeur.
• Véhicules électriques hybrides rechargeables (PHEV) sont alimentés à la fois par l’électricité et un moteur à combustion interne (ICE). Contrairement aux véhicules électriques hybrides plus anciens, les PHEV peuvent fonctionner uniquement à l’électricité. Le moteur à essence est disponible pour les trajets plus longs lorsque la charge n’est pas disponible ou n’est pas fiable.
• Véhicules électriques hybrides (HEV), comme les PHEV, sont alimentés par l’électricité et un ICE. Cependant, un VHE ne peut pas être branché pour charger la batterie. Puisqu’ils ne peuvent pas fonctionner uniquement à l’électricité, ils ne sont pas aussi efficaces que les BEV et les PHEV.

Il existe plusieurs types de batteries lithium-ion, les batteries lithium nickel manganèse cobalt oxyde (NMC) et lithium fer phosphate (LFP) étant les plus couramment utilisées dans les véhicules électriques. Comme toutes les batteries, les NMC et les LFP ont leurs points forts et leurs défauts :

Toutes les batteries ont leur propre chimie unique, chacune ayant ses compromis. Il n’y a pas de « meilleure » batterie pour tous les véhicules électriques.

2. Pourquoi les batteries lithium-ion sont-elles utilisées dans les véhicules électriques ?

Les batteries au lithium-ion sont utilisées dans les véhicules électriques car elles :

• Avoir une densité d’énergie élevée : ils peuvent stocker une quantité relativement importante d’énergie électrique dans un boîtier plus petit et plus léger que les autres technologies de batterie.
• Fonctionne bien à des températures élevées et peut supporter des températures basses sans être endommagé.
• Avoir un faible taux d’autodécharge, ce qui signifie que la batterie conserve bien son énergie même si elle n’est pas utilisée pendant des jours ou des semaines.
• Sont capables de supporter de nombreux cycles de charge tout en conservant la quasi-totalité de leur capacité d’origine.

3. Comment fonctionnent les batteries lithium-ion ?

Les batteries lithium-ion, comme toutes les batteries, stockent l’énergie et la convertissent en énergie électrique lorsqu’elles sont utilisées. Cette électricité est produite par le mouvement de électronsqui sont de petites particules de charge négative présentes dans tous les atomes.

Les réactions chimiques au sein de la batterie déplacent ces électrons d’un électrode à un autre. Il y a deux électrodes dans une batterie : la anode (une électrode négative) et le cathode (une électrode positive). Les électrons partent de l’anode puis se dirigent vers la cathode à travers un milieu électrolytiquequi peut être liquide ou solide.

Lorsque la batterie est en cours d’utilisation, les électrons se déplacent de l’électrode d’anode vers l’électrode de cathode ; lorsque la batterie est en charge, ils se déplacent de la cathode vers l’anode.

Pour expliquer ce mouvement, imaginez qu’un électron soit une personne prenant un bus pour aller à l’épicerie. L’anode est la maison de la personne tandis que la cathode est l’épicerie. L’électrolyte est le bus lui-même, l’outil qui transporte la personne d’un point A à un point B. La nourriture que la personne achète à l’épicerie est l’électricité.

Un autre élément clé d’une batterie est le séparateur, une fine membrane poreuse qui, comme son nom l’indique, sépare les électrodes d’anode et de cathode tout en permettant aux ions lithium de passer de l’une à l’autre. Il empêche également les courts-circuits, qui se produisent lorsqu’un courant électrique circule dans un chemin erroné ou involontaire.

4. Quels minéraux sont utilisés dans les batteries lithium-ion ?

Les batteries lithium-ion comprennent généralement du lithium, du cobalt, du manganèse, du nickel et du graphite. Les effets de l’extraction de ces minéraux sur les communautés locales et les paysages suscitent de vives inquiétudes. Certaines mines utilisent le travail des enfants, manquent de mesures de sécurité pour protéger les travailleurs et ont un impact négatif sur l’environnement environnant.

Le reste de cette série 101 explorera d’où viennent ces minéraux essentiels et comment nous pouvons nous les procurer de manière juste, équitable et sûre.

Par Alessandra Carrion © 2021 Institut des Rocheuses. Publié avec permission. Publié à l’origine sur RMI.

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