{"id":35247,"date":"2022-03-11T12:36:59","date_gmt":"2022-03-11T12:36:59","guid":{"rendered":"https:\/\/www.takomabattery.com\/?p=35247"},"modified":"2022-04-20T02:15:57","modified_gmt":"2022-04-20T02:15:57","slug":"what-is-the-battery-material-of-the-future","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.takomabattery.com\/fr\/what-is-the-battery-material-of-the-future\/","title":{"rendered":"Quel est le mat\u00e9riau de la batterie du futur ?"},"content":{"rendered":"
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Quel est le mat\u00e9riau de la batterie du futur ?<\/h1>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t
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  1. Le nickel et le cobalt sont rares et chers<\/a><\/li>
  2. P\u00e9nuries de cobalt et de nickel attendues<\/a><\/li>
  3. Quelle est la voie \u00e0 suivre pour les mat\u00e9riaux des batteries \u00e0 l'avenir ?<\/a><\/li>
  4. Introduction aux mat\u00e9riaux alternatifs<\/a><\/li>
  5. Conclusion<\/a><\/li><\/ol><\/div>

    Les v\u00e9hicules \u00e9lectriques ont besoin d'une source d'\u00e9nergie. L'\u00e9nergie sp\u00e9cifique, la dur\u00e9e de vie, la s\u00e9curit\u00e9 et le prix des batteries d'alimentation sont cruciaux pour le d\u00e9veloppement des v\u00e9hicules \u00e9lectriques purs. La batterie lithium-ion pr\u00e9sente les avantages d'une \u00e9nergie sp\u00e9cifique \u00e9lev\u00e9e, d'une faible autod\u00e9charge et d'une longue dur\u00e9e de vie, et constitue actuellement la batterie la plus pratique pour les v\u00e9hicules \u00e9lectriques.<\/p>

    Apr\u00e8s plus de 20 ans de progr\u00e8s scientifiques et technologiques, les performances des piles \u00e0 lithium ont \u00e9t\u00e9 consid\u00e9rablement am\u00e9lior\u00e9es. La densit\u00e9 \u00e9nerg\u00e9tique sp\u00e9cifique des batteries au lithium a presque tripl\u00e9, passant de moins de 200 Wh\/L \u00e0 plus de 700 Wh\/L. Le co\u00fbt de production est d'environ 3% par rapport \u00e0 l'original, et le co\u00fbt de production actuel peut \u00eatre contr\u00f4l\u00e9 pour \u00eatre inf\u00e9rieur \u00e0 150$\/kWh.<\/p>

    Mais cela reste sup\u00e9rieur \u00e0 l'objectif de $100\/kWh pr\u00e9vu par le DOE. La batterie actuelle d'une puissance de 50-100KW.h p\u00e8se environ 600 kilogrammes et a un volume d'environ 500L.<\/p>

    La densit\u00e9 \u00e9nerg\u00e9tique des piles au lithium actuelles \u00e9tant proche du maximum th\u00e9orique, l'am\u00e9lioration de la densit\u00e9 \u00e9nerg\u00e9tique des piles \u00e0 lithium se ralentit progressivement. La croissance rapide du march\u00e9 des batteries rend la r\u00e9duction du prix des piles \u00e0 lithium encore plus inaccessible.<\/p>

    \"L'augmentation<\/p>

    \u00c0 l'inverse, l'essor de la production de batteries au lithium a presque quadrupl\u00e9 le prix du cobalt au cours des deux derni\u00e8res ann\u00e9es, passant de $22 \u00e0 $81 le kilogramme.<\/p>

    L'augmentation de la demande sur le march\u00e9 et la hausse rapide des prix ont encourag\u00e9 certains producteurs \u00e0 faire des \u00e9conomies et \u00e0 enfreindre les r\u00e9glementations en mati\u00e8re d'environnement et de s\u00e9curit\u00e9. En Chine, par exemple, la poussi\u00e8re d\u00e9gag\u00e9e par les mines de graphite a endommag\u00e9 les cultures et contamin\u00e9 les villages et l'eau potable.<\/p>

    En Afrique, certains propri\u00e9taires de mines exploitent le travail des enfants, enfreignant souvent la loi dans de petites mines d\u00e9pourvues d'\u00e9quipements de protection tels que des masques \u00e0 gaz et extrayant le minerai \u00e0 la main. Certaines entreprises, dont BMW, ont mis en place des politiques strictes de contr\u00f4le de leurs fournisseurs de cobalt, ce qui n'est pas le cas d'autres fabricants de v\u00e9hicules \u00e9lectriques.<\/p>

    La solution la plus simple consiste \u00e0 d\u00e9velopper des \u00e9lectrodes alternatives peu co\u00fbteuses pour les m\u00e9taux couramment utilis\u00e9s, tels que le fer et le cuivre. Selon le professeur Gleb Yushin et ses coll\u00e8gues du Georgia Institute of Technology d'Atlanta, les \"mat\u00e9riaux de cathode de type conversion\" les plus prometteurs sont les fluorures de cuivre ou de fer ou le silicium.<\/p>

    Elles stockent le lithium chimiquement, mais la technologie en est encore \u00e0 ses d\u00e9buts. Les probl\u00e8mes de stabilit\u00e9, de vitesse de charge et de fabrication doivent \u00eatre r\u00e9solus pour une application pratique.<\/p>

    Le professeur Gleb Yushin a appel\u00e9 les sp\u00e9cialistes des mat\u00e9riaux, les ing\u00e9nieurs et les organismes de financement \u00e0 donner la priorit\u00e9 \u00e0 la recherche et au d\u00e9veloppement d'\u00e9lectrodes bas\u00e9es sur des \u00e9l\u00e9ments abondants. Dans le cas contraire, le d\u00e9ploiement des v\u00e9hicules \u00e9lectriques sera fortement compromis dans une d\u00e9cennie.<\/p>

    \"Rapport<\/p>

    Le nickel et le cobalt sont rares et chers<\/h2>

    Dans les batteries commerciales actuelles pour v\u00e9hicules \u00e9lectriques, les ions lithium sont pi\u00e9g\u00e9s dans de minuscules vides dans les cristaux qui constituent les \u00e9lectrodes (on parle d'\u00e9lectrodes intercal\u00e9es). L'\u00e9lectrode n\u00e9gative est g\u00e9n\u00e9ralement constitu\u00e9e de graphite et l'\u00e9lectrode positive est compos\u00e9e d'oxydes m\u00e9talliques.<\/p>

    Les mat\u00e9riaux cathodiques ternaires courants comprennent l'oxyde de nickel-cobalt-aluminium (NCA, tel que LiNi0,8Co0,15Al0,05O2) ou l'oxyde de nickel-cobalt-mangan\u00e8se (NCM, tel que LiNi0,6Co0,2Mn0,2O2 ou LiNi0,8Co0,1Mn0,1O2).<\/p>

    Une cathode de batterie lithium-ion de 100 kg n\u00e9cessite g\u00e9n\u00e9ralement 6 \u00e0 12 kg de cobalt et 36 \u00e0 48 kg de nickel. Bien que le cobalt soit g\u00e9n\u00e9ralement un sous-produit de l'extraction du cuivre et du nickel, sa s\u00e9paration des autres m\u00e9taux n\u00e9cessite des processus complexes. La plupart des gisements ne contiennent que 0,003% de cobalt m\u00e9tal, et peu de gisements de cobalt sont suffisamment concentr\u00e9s pour m\u00e9riter d'\u00eatre exploit\u00e9s.<\/p>

    Ainsi, sur les 1 015 tonnes de cobalt stock\u00e9es sur terre, seules 107 tonnes peuvent \u00eatre utilis\u00e9es. De m\u00eame, seules 108 tonnes des 1 015 tonnes de r\u00e9serves mondiales de nickel ont une valeur mini\u00e8re commerciale.<\/p>

    Les min\u00e9raux riches en cobalt ne se trouvent plus que dans quelques endroits. Le Congo (RDC) a fourni la moiti\u00e9 (56%) des 148 000 tonnes de cobalt produites dans le monde en 2015. La majeure partie de cette production est destin\u00e9e \u00e0 la Chine, qui dispose de 200 000 \u00e0 400 000 tonnes de cobalt en stock.<\/p>

    L'Australie poss\u00e8de 14% des r\u00e9serves mondiales de cobalt, qui peuvent d\u00e9j\u00e0 \u00eatre extraites des grands fonds marins, mais les co\u00fbts d'extraction, l'\u00e9cologie et l'\u00e9conomie sont trop \u00e9lev\u00e9s pour \u00eatre pleinement exploit\u00e9s et utilis\u00e9s.<\/p>

    De m\u00eame, la production de nickel est domin\u00e9e par une douzaine de pays. En 2017, l'Indon\u00e9sie, les Philippines, le Canada, la Nouvelle-Cal\u00e9donie, la Russie et l'Australie ont fourni ensemble 72% des 2,1 millions de tonnes de minerai mondial.<\/p>

    Mais moins d'un dixi\u00e8me de cette production est destin\u00e9 aux batteries au lithium ; le reste est principalement utilis\u00e9 dans l'acier et l'\u00e9lectronique. Bien que l'extraction du nickel soit moins co\u00fbteuse que celle du cobalt, l'augmentation de la demande a fait grimper les prix du nickel d'environ 50 % depuis 2015, passant de $9 \u00e0 $14 le kilogramme.<\/p>

    Le cobalt et le nickel ont tous deux connu des hausses et des baisses de prix soudaines. Par exemple, les perturbations de l'offre en Australie, la demande accrue d'acier en Chine et la sp\u00e9culation des gestionnaires de fonds sp\u00e9culatifs ont multipli\u00e9 par cinq les prix du nickel, tandis que les prix du cobalt ont tripl\u00e9 en 2008-2009.<\/p>

    P\u00e9nuries de cobalt et de nickel attendues<\/h2>

    Si cette tendance se poursuit, le cobalt et le nickel conna\u00eetront un d\u00e9ficit d'approvisionnement d'ici 20 ans. Alors que la demande en LIB continue de cro\u00eetre, le cobalt devrait \u00eatre en p\u00e9nurie d'ici 2030 et le nickel pourrait \u00eatre en rupture de stock d'ici 2037. Bien que nous puissions extraire du minerai de moindre qualit\u00e9, l'augmentation des co\u00fbts de traitement fera grimper les prix du cobalt et du nickel.<\/p>

    Les fabricants de v\u00e9hicules \u00e9lectriques et le gouvernement s'attendent \u00e0 ce que 10 \u00e0 20 millions de v\u00e9hicules \u00e9lectriques soient produits chaque ann\u00e9e d'ici 2025. Si la batterie de chaque voiture n\u00e9cessite 10 kg de cobalt, d'ici 2025, les v\u00e9hicules \u00e9lectriques n\u00e9cessiteront \u00e0 eux seuls 100 \u00e0 200 000 tonnes de cobalt par an, ce qui repr\u00e9sente actuellement la majorit\u00e9 de la production mondiale. De m\u00eame, 400 \u00e0 800 000 tonnes de nickel sont n\u00e9cessaires chaque ann\u00e9e, soit l'\u00e9quivalent de 20 \u00e0 40% de tous les m\u00e9taux aujourd'hui.<\/p>

    Lorsque les camions, les bus, les avions et les bateaux utilisent des batteries d'alimentation, il faut davantage de batteries. D'ici 2050, 500 \u00e0 800 000 tonnes de cobalt seront n\u00e9cessaires pour produire 50 \u00e0 80 millions de v\u00e9hicules \u00e9lectriques par an. Apr\u00e8s 2030, cette quantit\u00e9 d\u00e9passera de loin la capacit\u00e9 d'extraction actuelle.<\/p>

    De m\u00eame, d'ici 2050, la demande de nickel sera multipli\u00e9e par 2 ou 3. Les p\u00e9nuries de nickel seront \u00e9videntes \u00e0 la mi-2030, et le recyclage ne pourra pas reconstituer les stocks. La dur\u00e9e de vie d'une batterie lithium-ion est de 15 \u00e0 20 ans, soit trois fois celle d'une batterie plomb-acide de 5 \u00e0 7 ans. Lorsque l'offre atteindra son maximum, nous estimons que le prix des batteries de VE pourrait augmenter de plus de $1 000.<\/p>

    \"Les<\/p>

    Quelle est la voie \u00e0 suivre pour les mat\u00e9riaux des batteries \u00e0 l'avenir ?<\/h2>

    La r\u00e9ponse consiste \u00e0 utiliser des m\u00e9taux conventionnels (fer, cuivre) pour produire des mat\u00e9riaux pour les cathodes des batteries lithium-ion. Le fer, par exemple, est non seulement bon march\u00e9 (6 cents\/kg) mais aussi abondant (76 milliards de tonnes). Comme les mat\u00e9riaux traditionnels riches en fer (LiFePO4) et en mangan\u00e8se (LiMnO2 ou LiMn2O4) pr\u00e9sentent divers inconv\u00e9nients \u00e0 l'usage, l'alternative la plus prometteuse est l'utilisation de \"mat\u00e9riaux cathodiques de remplacement\" dans les \u00e9lectrodes.<\/p>

    Le fluorure de cuivre\/fer et le silicium, qui r\u00e9agissent chimiquement avec les ions lithium pour permettre le stockage du lithium, peuvent contenir six fois plus d'\u00e9nergie que les cathodes standard.<\/p>

    M\u00e9canisme de conversion du mat\u00e9riau cathodique : Sa r\u00e9action de conversion \u00e9lectrochimique est un nouveau m\u00e9canisme de stockage du lithium diff\u00e9rent de la r\u00e9action traditionnelle d'intercalation\/extraction des ions lithium.<\/p>

    Le processus de r\u00e9action comporte de multiples transferts d'\u00e9lectrons, de sorte que les mat\u00e9riaux d'\u00e9lectrode bas\u00e9s sur le m\u00e9canisme de r\u00e9action de conversion \u00e9lectrochimique ont une capacit\u00e9 sp\u00e9cifique th\u00e9orique tr\u00e8s \u00e9lev\u00e9e. Ces mat\u00e9riaux d'\u00e9lectrode sont principalement compos\u00e9s d'oxydes de m\u00e9taux de transition, de sulfures ou de fluorures.<\/p>

    Parmi eux, les fluorures de m\u00e9taux de transition ont un potentiel de fonctionnement plus \u00e9lev\u00e9 en raison de leurs fortes liaisons ioniques et conviennent mieux comme mat\u00e9riaux de cathode pour les batteries lithium-ion. Parmi eux, les mat\u00e9riaux \u00e0 base de silicium conviennent tr\u00e8s bien pour l'adaptation.<\/p>

    Lorsque ces deux mat\u00e9riaux seront utilis\u00e9s avec succ\u00e8s, les batteries qui alimentent les v\u00e9hicules \u00e9lectriques pourraient \u00eatre r\u00e9duites de moiti\u00e9, tandis que le co\u00fbt, le poids et le volume pourraient \u00eatre r\u00e9duits de moiti\u00e9 ou plus.<\/p>

    Mais pour atteindre cet objectif, les chercheurs sp\u00e9cialis\u00e9s dans les batteries doivent mettre au point des mat\u00e9riaux fluor\u00e9s tr\u00e8s performants et des \u00e9lectrolytes plus efficaces. Les ing\u00e9nieurs doivent travailler dur pour mettre au point des \u00e9quipements et des proc\u00e9d\u00e9s qui utilisent ces mat\u00e9riaux.<\/p>

    En outre, les piles pr\u00e9par\u00e9es \u00e0 partir de mat\u00e9riaux de conversion pr\u00e9sentent certains inconv\u00e9nients, tels qu'une faible conductivit\u00e9, des performances m\u00e9diocres en termes de taux et de graves r\u00e9actions secondaires entre les mat\u00e9riaux de conversion et l'\u00e9lectrolyte.<\/p>

    Les films SEI positifs et n\u00e9gatifs sont plus \u00e9pais et pr\u00e9sentent une hyst\u00e9r\u00e9sis de tension, et les \u00e9lectrodes se dilatent et se contractent s\u00e9rieusement apr\u00e8s la charge.<\/p>

    Introduction aux mat\u00e9riaux alternatifs<\/h2>

    Par rapport \u00e0 l'\u00e9lectrode \u00e0 mat\u00e9riau d'intercalation, la rupture et la formation des liaisons se produisent avant et apr\u00e8s la combinaison du mat\u00e9riau de conversion et du Li au cours du processus de charge et de d\u00e9charge. Une fois que le Li p\u00e9n\u00e8tre dans le FeF2, apr\u00e8s la rupture de la liaison Fe-F, le Li et le F se lient \u00e0 nouveau pour former le LiF (type A).<\/p>

    \"Sch\u00e9ma<\/p>

    \"Des<\/p>

    Les informations contenues dans chaque \u00e9l\u00e9ment sont pr\u00e9sent\u00e9es dans l'exemple de la figure :
    La ligne 1 repr\u00e9sente le type d'\u00e9l\u00e9ment.
    La ligne 2 repr\u00e9sente l'abondance de l'\u00e9l\u00e9ment dans la cro\u00fbte.
    La ligne 3 repr\u00e9sente le prix moyen du m\u00e9tal ou de l'\u00e9l\u00e9ment au cours des cinq derni\u00e8res ann\u00e9es.
    Les lignes 4 et 5 repr\u00e9sentent l'impact de l'\u00e9l\u00e9ment sur l'environnement et sur l'homme, respectivement.<\/p>

    \"Comparaison<\/p>

    Conclusion<\/h2>

    Les ressources en cobalt et en nickel pour les piles au lithium seront insuffisantes vers 2030, et le d\u00e9veloppement de mat\u00e9riaux ternaires ne pourra pas \u00eatre durable.<\/p>

    \u00c0 l'avenir, le nouveau mat\u00e9riau de la cathode devra \u00eatre un mat\u00e9riau \u00e0 haut potentiel sup\u00e9rieur au mat\u00e9riau actuel de la cathode \u00e0 intercalation.<\/p>

    L'adaptation des mat\u00e9riaux \u00e0 base de silicium aux nouveaux mat\u00e9riaux de cathode devrait non seulement am\u00e9liorer la densit\u00e9 \u00e9nerg\u00e9tique, mais aussi r\u00e9duire consid\u00e9rablement le co\u00fbt des batteries lithium-ion.<\/p><\/div>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t<\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

    What is the battery material of the future? Nickel and cobalt are scarce and expensive Cobalt and nickel shortages expected What is the way out of battery materials in the future Introduction to alternative materials Conclusion Electric vehicles need a power source. The specific energy, life, safety and price of power batteries are crucial to […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":35249,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_lmt_disableupdate":"","_lmt_disable":"","site-sidebar-layout":"default","site-content-layout":"","ast-site-content-layout":"default","site-content-style":"default","site-sidebar-style":"default","ast-global-header-display":"","ast-banner-title-visibility":"","ast-main-header-display":"","ast-hfb-above-header-display":"","ast-hfb-below-header-display":"","ast-hfb-mobile-header-display":"","site-post-title":"","ast-breadcrumbs-content":"","ast-featured-img":"","footer-sml-layout":"","ast-disable-related-posts":"","theme-transparent-header-meta":"","adv-header-id-meta":"","stick-header-meta":"","header-above-stick-meta":"","header-main-stick-meta":"","header-below-stick-meta":"","astra-migrate-meta-layouts":"default","ast-page-background-enabled":"default","ast-page-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-4)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""}},"ast-content-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""}},"footnotes":""},"categories":[210,1,188],"tags":[7,117,130,153,143],"class_list":["post-35247","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-battery-industry","category-battery-materials","category-battery-news","tag-battery","tag-battery-cell","tag-lithium-battery","tag-lithium-ion-battery","tag-power-battery"],"modified_by":"tycorun666","_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.takomabattery.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/35247","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.takomabattery.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.takomabattery.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.takomabattery.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.takomabattery.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=35247"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.takomabattery.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/35247\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.takomabattery.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/media\/35249"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.takomabattery.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=35247"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.takomabattery.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=35247"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.takomabattery.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=35247"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}