Le fonctionnement des batteries d'une voiture électrique

Le fonctionnement des batteries d'une voiture électrique se base sur une réaction chimique d'oxydo-réduction. Elles sont en effet constituées de métaux échangeant des électrons. Toutefois, de nouvelles technologies sont mises en œuvre pour améliorer la performance et la longévité de ces accessoires.

 

Du point de vue chimique

Une batterie est constituée de 3 éléments principaux : une anode ou pôle négatif, une cathode ou  pôle positif et un électrolyte qui est l'élément (liquide ou solide) conducteur nécessaire au passage du courant entre ces deux pôles. Un courant électrique est obtenu suite aux déplacements d'électrons.

Le fonctionnement de ce dispositif est basé sur une double réaction chimique sur chacun des pôles, où un transfert d'électron va s'effectuer. L'anode cède des électrons et il s'ensuit une semi-réaction appelée oxydation. La cathode les capte permettant une demi-réaction de réduction. Au cours d'une réaction d'oxydo-réduction, ce sont les ions (électriquement chargés) qui permettent le passage des électrons d'un pôle à un autre.

Les ions provoquent la réaction chimique par la présence de métaux constituant l'anode et la cathode et d’éléments chimiques existants dans l'électrolyte. Par conséquent, le fonctionnement des batteries dans une voiture électrique se base sur la présence de couples de métaux pouvant s'échanger des électrons. Parmi les métaux, se trouve notamment du plomb et du lithium.

Les différentes technologies de batteries utilisées

La densité énergétique des batteries lithium-ion est de 150 Wh/kg à 200 Wh/kg. Cela correspond à 4 fois plus que la technologie nickel-cadmium et 6 fois plus que le plomb. En revanche, c'est 50 fois moins que les carburants liquides.

Les fabricants procèdent à des recherches sur de nouveaux types d'électrodes pouvant stocker plus d'ions tels que l'oxyde de manganèse et l'oxyde de nickel. Cette technologie innovante est en cours d'élaboration et le résultat pourrait permettre une densité énergétique de 350 voire 500 Wh/kg.

L'un des objectifs est de trouver la solution garantissant à la fois la performance et la longévité. Il faut également empêcher la dissolution de l'électrode positive dans l'électrolyte après des cycles de charges. Ainsi, des recherches sont encore à mener pour réussir à accroître la densité d'énergie, tout en assurant la durée de vie.

Le temps de charge, un paramètre important

Le temps de charge des batteries d'une voiture électrique est de 8 heures environ avec une prise domestique de 16 Ampères. Il est de 5 heures avec la prise 32 A utilisée pour les équipements de cuisine. Avec une prise de 200 A, il serait possible de charger une batterie en moins d'une heure et la charger à la moitié de sa puissance nominale, en 20 minutes. Toutefois, une telle charge rapide pourrait la détériorer.

Si la puissance est trop importante, les ions de lithium n'auront pas le temps de reprendre leur aspect originel sur l'électrode de graphite. Une couche de lithium métallique va ensuite se former sur la surface. Ainsi, il existe une limite d'intensité à ne pas dépasser. Afin d’éviter le dépassement, il est possible de changer l'alternative de cette électrode de graphite par une feuille d'oxyde de titane. Celle-ci permet une intégration rapide des ions lithium.