ANN ARBOR-Les batteries lithium-ion sont partout de nos jours, utilisées dans tout, des téléphones cellulaires et des ordinateurs portables aux outils électriques sans fil et aux véhicules électriques.
Et bien qu’elles soient la technologie la plus largement appliquée pour le stockage d’énergie mobile, il y a beaucoup de confusion parmi les utilisateurs sur les meilleures façons de prolonger la durée de vie des batteries lithium-ion.
Pour aider à clarifier les choses, des chercheurs de l’Université du Michigan ont passé au crible des dizaines d’articles universitaires et de manuels d’utilisation des fabricants, ainsi que des informations sur les sites Web d’assistance aux clients, afin d’élaborer une liste de neuf meilleures pratiques pour prolonger la durée de vie des batteries au lithium-ion.
Neuf clés pour prolonger la durée de vie des batteries au lithium-ion. Crédit image : Center for Sustainable Systems at U-M School for Environment and Sustainability.
« En minimisant l’exposition aux conditions qui accélèrent la dégradation, les batteries peuvent durer plus longtemps. Et cela a un impact positif sur l’environnement, car la production de batteries est une source d’émissions de gaz à effet de serre et de nombreux autres polluants », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Greg Keoleian, directeur du Centre des systèmes durables de l’U-M à l’École pour l’environnement et la durabilité.
« De plus, il existe des incitations financières importantes pour les utilisateurs à éviter les conditions défavorables, car le coût des batteries au lithium-ion peut aller de 5 % à plus de 50 % du coût d’un produit. »
Les conclusions de l’équipe de l’U-M ont été publiées le 15 février dans le Journal of Energy Storage.
Plusieurs des pratiques recommandées sont liées aux trois principales variables qui ont un impact sur la santé des batteries : la température, l’état de charge et le courant.
Voici quelques directives générales des chercheurs de l’U-M pour maximiser la durée de vie des batteries au lithium-ion, ainsi que quelques recommandations spécifiques des fabricants :
- Éviter les températures extrêmes, hautes et basses, lors de l’utilisation ou du stockage des batteries au lithium-ion. Les températures élevées peuvent accélérer la dégradation de presque tous les composants de la batterie et peuvent entraîner des risques importants pour la sécurité, notamment un incendie ou une explosion. Si un ordinateur portable ou un téléphone cellulaire est visiblement chaud pendant qu’il est en charge, débranchez-le. Minimisez l’exposition aux basses températures, en particulier lors de la recharge.
Pour les véhicules électriques, presque tous les fabricants incluent des avertissements sur les températures élevées dans leur manuel d’utilisation. Certains d’entre eux conseillent de se garer à l’ombre et de garder le véhicule branché par temps chaud, ce qui permet au système de refroidissement de la batterie de fonctionner au besoin. Il est également recommandé de brancher le véhicule par temps froid, afin que le système de chauffage de la batterie puisse fonctionner sur le réseau électrique.
- Minimiser le temps que la batterie passe à 100% ou 0% de charge. Les » états de charge » extrêmement élevés et faibles stressent les batteries. Envisagez d’utiliser une charge partielle qui rétablit la batterie à 80 % de SoC, au lieu de 100 %. Si ce n’est pas possible, débranchez l’appareil dès qu’il atteint 100%.
Samsung et LG suggèrent de recharger leurs téléphones lorsqu’ils atteignent un état de charge de 20%. Nokia et Sony mentionnent des dommages potentiels à leurs téléphones si l’appareil est laissé en charge après avoir atteint 100 %.
Conseils pour prolonger la durée de vie des batteries lithium-ion des ordinateurs portables. Image créditée par le Center for Sustainable Systems de l’U-M School for Environment and Sustainability.
Dans la plupart des ordinateurs portables, un système interne de gestion de la batterie cesse de se charger une fois que l’appareil a atteint un état de charge de 100 %, et il ne reprend la charge que lorsque l’ordinateur portable a atteint 95 % de SoC. Malgré cela, de nombreux fabricants d’ordinateurs portables mettent en garde contre le fait de laisser l’ordinateur branché après la fin de la charge.
- L’utilisation de » chargeurs rapides » est pratique mais dégrade une batterie lithium-ion plus rapidement que la charge standard. Décharger une batterie trop rapidement conduit également à sa dégradation, par plusieurs des mêmes mécanismes. Pour les téléphones cellulaires et les ordinateurs portables, réduire la luminosité de l’écran, désactiver les services de localisation et quitter les applications à forte consommation d’énergie peut aider à ralentir le taux de décharge.
- Certains fabricants d’outils électriques sans fil conseillent aux utilisateurs de ne pas stocker les batteries dans le chargeur, tandis que d’autres mettent en garde contre une décharge complète de la batterie. Quelques-uns recommandent une température ambiante minimale de 32 F lors de la charge de la batterie, et un maximum de 104 degrés.
- Évitez d’utiliser ou de stocker les batteries au lithium-ion dans des environnements très humides, et évitez les dommages mécaniques tels que la perforation.
Une cellule de batterie se compose d’une électrode positive (cathode), d’une électrode négative (anode) et d’un électrolyte qui réagit avec chaque électrode. Les batteries lithium-ion se dégradent inévitablement avec le temps et l’utilisation. Presque tous les composants sont affectés, notamment l’anode, la cathode, l’électrolyte, le séparateur et les collecteurs de courant.
Il existe deux formes principales de dégradation des batteries : l’affaiblissement de la capacité et l’affaiblissement de la puissance. L’évanouissement de capacité est une diminution de la quantité d’énergie qu’une batterie peut stocker, et l’évanouissement de puissance est une diminution de la quantité d’énergie qu’elle fournit.
L’allongement de la durée de vie des batteries diminue les coûts et les charges environnementales associés à la production de nouvelles batteries – y compris la consommation de matériaux, les impacts de l’exploitation minière et les émissions de gaz à effet de serre – ainsi que l’élimination des batteries usagées.
« À mesure que les industries de l’électronique mobile et des VE continuent de croître, même de petites améliorations dans l’allongement de la durée de vie auront des avantages environnementaux importants », ont écrit les auteurs de l’article du Journal of Energy Storage.
En plus de la littérature académique qu’ils ont examinée, les chercheurs ont étudié les informations publiquement disponibles auprès des fabricants, à la recherche d’instructions, de conseils, d’avertissements ou d’astuces concernant l’utilisation et l’entretien des batteries lithium-ion.
Ces entreprises comprenaient 10 fabricants de téléphones portables (Apple, Google, HTC, Huawei, LG, Motorola, Nokia, Samsung, Sony et ZTE), 10 fabricants d’ordinateurs portables (Acer, Apple, ASUS, Dell, HP, Lenovo, LG, Microsoft, Samsung et Toshiba), quatre fabricants d’outils électriques (Bosch, DeWalt, Makita et Milwaukee Tool) et 10 fabricants de véhicules électriques (BMW, Chevrolet, Ford, Fiat, Honda, Hyundai, Kia, Mercedes-Benz, Nissan et Tesla).
Les auteurs de l’article du Journal of Energy Storage, en plus de Keoleian, sont Maxwell Woody, Maryam Arbabzadeh et Geoffrey Lewis du Centre des systèmes durables de l’U-M et Anna Stefanopoulou de l’Institut de l’énergie de l’U-M.
Ces travaux ont été soutenus par la Responsible Battery Coalition, une coalition d’entreprises, d’universitaires et d’organisations engagées dans la gestion responsable des batteries d’aujourd’hui et de demain.
« Alors que la nation et le monde se tournent vers des économies alimentées par des batteries, il est primordial que nous prolongions la durée de vie de tous les types de batteries, en particulier celles de nos voitures et de nos camions », a déclaré Steve Christensen, directeur exécutif de la Responsible Battery Coalition.
« Ce travail réalisé par une institution de recherche aussi respectée que l’Université du Michigan est un premier pas important vers la création d’un changement générationnel dans la façon dont les consommateurs utilisent et traitent les batteries. »