Les véhicules électriques sont de plus en plus populaires, les gouvernements encourageant même leur utilisation par le biais de la législation. Ici, nous examinons ce qui différencie ces véhicules des voitures à carburant et les technologies de batterie qui les conduisent.
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Le marché des véhicules électriques aujourd’hui
Dans un véhicule électrique ou un véhicule électrique hybride, les moteurs électriques sont alimentés par une batterie rechargeable. Leur utilisation est de plus en plus adoptée par de nombreux pays.
Un décret signé par le président américain Joe Biden stipule que d’ici 2030, les véhicules électriques doivent représenter 50% de toutes les ventes de voitures neuves. Une exigence similaire qui exige que les voitures électriques représentent 40% de toutes les ventes est en place en Chine, le plus grand marché de véhicules électriques au monde. En outre, l’Union européenne veut au moins 30 millions de véhicules zéro émission sur ses autoroutes d’ici là.
Actuellement, on estime à 5 millions le nombre de voitures électriques en circulation en Chine, ce qui en fait le pays avec le plus de voitures électriques. Avec environ 1,77 million de voitures, les États-Unis arrivent en deuxième position, suivis de l’Allemagne avec 570 000 voitures.
Quels sont les principaux composants des batteries de véhicules électriques?
Le composant le plus important de la technologie des véhicules électriques est la batterie. Les véhicules électriques modernes ont principalement des batteries lithium-ion et lithium-polymère en raison de la densité d’énergie relativement plus élevée par rapport au poids.
Les principaux matériaux requis dans les batteries lithium-ion sont les composants chimiques lithium, manganèse, cobalt, graphite, acier et nickel. Ces composants ont tous des fonctions différentes dans la batterie typique d’un véhicule électrique qui contribuent à améliorer les performances.
Lithium
Les batteries lithium-ion déplacent en interne les ions lithium d’une couche, connue sous le nom d’anode, à une autre, connue sous le nom de cathode, pour générer de l’énergie. Les batteries lithium-ion sont plus pratiques à utiliser dans les véhicules électriques car comparées aux batteries plomb-acide ou nickel-hydrure métallique, les batteries lithium-ion offrent des densités d’énergie plus élevées, ce qui permet de réduire la taille de la batterie tout en maintenant la capacité de stockage.
Manganèse
La sécurité est la principale raison pour laquelle le manganèse est utilisé dans les batteries lithium-ion. En raison de ses propriétés de densité d’énergie accrues et de sa réputation de stabilité, le manganèse est connu pour augmenter la capacité et améliorer l’autonomie. De plus, le manganèse réduit la combustibilité des batteries de véhicules électriques, ce qui est problématique avec les batteries lithium-ion contenant du cobalt.
Cobalt
Le cobalt aide à prolonger la durée de vie des batteries, ce que les fabricants garantissent généralement pendant huit à dix ans, et il garantit également que les cathodes ne surchauffent pas rapidement ou ne prennent pas feu.
Graphite
Le graphite joue un rôle essentiel dans l’anode qui stocke les ions lithium. La plupart des batteries lithium-ion disponibles dans le commerce utilisent du graphite en raison de sa bonne stabilité du cycle et de sa densité énergétique.
Acier
L’acier offre le meilleur équilibre entre résistance, réduction de masse, performance, coût et impact environnemental. L’acier est le matériau préféré pour les automobiles d’aujourd’hui et continuera d’être le matériau préféré pour les véhicules à l’avenir.
Nickel
Les batteries des véhicules électriques contiennent du nickel, les turbines des moteurs à réaction utilisent des alliages de nickel et les trains de voyageurs et les métros utilisent de l’acier inoxydable contenant du nickel. Les matériaux contenant du nickel offrent une meilleure résistance à la corrosion ainsi que des systèmes électriques et d’étincelles fiables et efficaces.
Quels sont les différents types de batteries de véhicules électriques disponibles?
Les produits chimiques les plus courants pour les batteries de véhicules électriques sont le lithium-ion (Li-ion), le nickel-manganèse-cobalt (NMC), l’hydrure métallique de nickel (Ni-MH), le lithium-soufre (Li-S) et le plomb-acide. Les batteries nickel-hydrure métallique sont souvent utilisées pour les voitures hybrides au lieu du lithium-ion.
Outre les différents types de produits chimiques, il existe différents formats pour les batteries de voitures électriques: cylindrique, prismatique et cellule de poche. Les cellules cylindriques sont les moins chères à fabriquer, les cellules prismatiques peuvent stocker plus d’énergie, fournir plus d’énergie et avoir une meilleure gestion de la chaleur, tandis que les cellules de poche utilisent l’espace plus efficacement et fournissent le plus de puissance.
Pénuries de matériaux
On s’inquiète de plus en plus de l’approvisionnement continu de ces matières premières pour la fabrication de batteries de véhicules électriques. Lorsque nous considérons les ressources disponibles sur la planète et notre capacité à les extraire de manière rentable avec la technologie disponible, nous pouvons estimer si l’offre peut répondre à la demande à l’avenir.
Selon les analystes, il pourrait y avoir une pénurie potentielle de la capacité minière mondiale pour extraire le nombre de matières premières nécessaires pour répondre à la demande prévue de véhicules électriques.
Par exemple, il existe des projections selon lesquelles la proportion de cobalt pourrait diminuer considérablement, passant de 200 g / kg à environ 60 g / kg de poids de cellules sèches. Pour cette raison, Tesla tente de produire des voitures qui coûtent environ 10 000 $ moins cher en utilisant des batteries sans cobalt. Pour le lithium, il n’y a actuellement aucune indication d’une pénurie possible prochainement, mais les problèmes environnementaux associés à une mauvaise élimination des batteries au lithium persistent.
Quel est l’avenir des batteries de véhicules électriques?
Les véhicules électriques semblent être venus pour rester, car leur demande ne cesse d’augmenter. La recherche et le développement dans diverses entreprises améliorent considérablement les performances des batteries de véhicules électriques en réduisant les coûts de production, en augmentant leur puissance et en améliorant leur autonomie.
Par exemple, les technologies de batteries à semi-conducteurs et à air liquide font l’objet de recherches comme alternatives aux batteries Li-ion. Les batteries à semi-conducteurs utilisent de la céramique solide plutôt que des ions électrolytes pour transporter le courant, et on s’attend à ce qu’elles se chargent plus rapidement, contiennent plus d’énergie et coûtent moins cher à produire. Les technologies de batteries à air liquide ont une densité d’énergie plus élevée et pourraient avoir des composants moins chers et plus durables. Au cours de la prochaine décennie, nous pourrions les voir en circulation.
D’autres approches, telles que la fabrication de cellules de batterie recyclables, pourraient contribuer de manière significative à réduire les pressions exercées sur les mines.
Plus de AZoM: Comment sont fabriquées les batteries au graphène?
Références et lectures complémentaires
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