Les piles, des piles AA jetables aux piles lithium-ion rechargeables, sont essentielles à la conversion de l'énergie chimique en énergie électrique, les variantes lithium-ion alimentant les appareils modernes grâce à un flux d'électrons cyclique. Le Laboratoire national d'Argonne joue un rôle central dans l'avancement de la technologie des batteries, de la recherche fondamentale aux innovations en matière de recyclage.
Qu'est-ce qu'une batterie ?
Les batteries alimentent nos vies en transformant l’énergie d’un type à un autre.
Qu'il s'agisse d'une pile jetable traditionnelle (par exemple AA) ou d'une pile lithium-ion rechargeable (utilisée dans les téléphones portables, les ordinateurs portables et les voitures), une pile stocke de l'énergie chimique et libère de l'énergie électrique.
Il y a quatre éléments clés dans une batterie : la cathode (côté positif de la batterie), l'anode (côté négatif de la batterie), un séparateur qui empêche le contact entre la cathode et l'anode et une solution chimique appelée électrolyte qui permet le flux de charge électrique entre la cathode et l’anode.
Dans ce Science 101 : Comment fonctionne une batterie ? Dans cette vidéo, le scientifique Lei Cheng explique comment l'électrochimie contenue dans les batteries alimente notre vie quotidienne. Qu'il s'agisse d'une pile jetable traditionnelle (par exemple AA) ou d'une pile lithium-ion rechargeable (utilisée dans les téléphones portables, les ordinateurs portables et les voitures), une pile stocke de l'énergie chimique et libère de l'énergie électrique. Cheng mentionne ses intérêts de recherche qui portent sur les batteries pour véhicules électriques et pour le réseau électrique. Pour ces derniers, l'objectif est d'utiliser des batteries grosses et peu coûteuses pour stocker de l'énergie renouvelable (énergie provenant de sources naturelles comme le soleil et le vent) afin de l'utiliser sur le réseau électrique lorsque le soleil ne brille pas ou que le vent ne souffle pas. .
Les batteries lithium-ion qui alimentent les téléphones portables, par exemple, sont généralement constituées d'une cathode composée d'oxydes de cobalt, de manganèse et de nickel et d'une anode en graphite, le même matériau que l'on retrouve dans de nombreux crayons. La cathode et l'anode stockent le lithium.
Lorsqu'une batterie lithium-ion est allumée, des particules de lithium chargées positivement (ions) se déplacent à travers l'électrolyte, de l'anode à la cathode. Des réactions chimiques se produisent qui génèrent des électrons et convertissent l’énergie chimique stockée dans la batterie en courant électrique.
Lorsque vous branchez votre téléphone portable pour charger la batterie lithium-ion, les réactions chimiques s'inversent : les ions lithium reviennent de la cathode vers l'anode.
Tant que les ions lithium font la navette entre l’anode et la cathode, il y a un flux constant d’électrons. Cela fournit l’énergie nécessaire pour faire fonctionner vos appareils. Ce cycle pouvant être répété des centaines de fois, ce type de batterie est rechargeable.
Batteries et laboratoire national d'Argonne du ministère américain de l'Énergie (DOE)
Argonne est reconnue comme un leader mondial dans le domaine de la science et de la technologie des batteries. Au cours des soixante dernières années, les découvertes cruciales du laboratoire ont renforcé l'industrie américaine de fabrication de batteries, aidé la transition du parc automobile américain vers des véhicules hybrides et électriques rechargeables et permis une plus grande utilisation des énergies renouvelables, telles que l'énergie éolienne et solaire.
Les recherches du laboratoire couvrent tous les aspects du développement des batteries, de la science fondamentale révolutionnaire du Centre commun de recherche sur le stockage d'énergie dirigé par Argonne, un centre d'innovation énergétique du DOE, au Centre collaboratif d'Argonne pour la science du stockage d'énergie, un collectif de scientifiques inter-laboratoires. et des ingénieurs qui résolvent des problèmes de batterie complexes grâce à des recherches multidisciplinaires.
Les chercheurs d'Argonne étudient également comment accélérer le recyclage des batteries lithium-ion par le biais du ReCell Center du DOE, une collaboration dirigée par Argonne qui comprend le National Renewable Energy Laboratory, le Oak Ridge National Laboratory, ainsi que le Worcester Polytechnic Institute de l'Université de Californie à Université technologique de San Diego et du Michigan.
Comment fonctionne une batterie lithium-ion ?
Les batteries au lithium alimentent notre vie quotidienne, de l'électronique grand public à la défense nationale.
Une batterie lithium-ion est un type de batterie rechargeable. Il comporte quatre parties clés :
- Le cathode (le côté positif), généralement une combinaison d'oxydes de nickel, de manganèse et de cobalt
- Le anode (le côté négatif), généralement fabriqué à partir de graphite, le même matériau que l'on retrouve dans de nombreux crayons
- UN séparateur qui empêche le contact entre l'anode et la cathode
- Une solution chimique connue sous le nom de électrolyte qui déplace les ions lithium entre la cathode et l'anode. L'anode et la cathode stockent le lithium.
Lorsque la batterie est utilisée, des particules de lithium chargées positivement (ions) se déplacent à travers l'électrolyte, de l'anode à la cathode. Des réactions chimiques se produisent qui génèrent des électrons et convertissent l’énergie chimique stockée dans la batterie en courant électrique.
Lorsque la batterie est en charge, les réactions chimiques s’inversent : les ions lithium reviennent de la cathode vers l’anode.
Crédit : Laboratoire National d'Argonne
Comment fonctionne une batterie lithium-ion ?
Les batteries au lithium alimentent notre vie quotidienne, de l'électronique grand public à la défense nationale.
Une batterie lithium-ion est un type de batterie rechargeable. Il comporte quatre parties clés :
- Le cathode (le côté positif), généralement une combinaison d'oxydes de nickel, de manganèse et de cobalt
- Le Comment fonctionne une batterie lithium-ion ? (le côté négatif), généralement fabriqué à partir de graphite, le même matériau que l'on retrouve dans de nombreux crayons
- A Comment fonctionne une batterie lithium-ion ? qui empêche le contact entre l'anode et la cathode
- Une solution chimique connue sous le nom de Comment fonctionne une batterie lithium-ion ? qui déplace les ions lithium entre la cathode et l'anode. L'anode et la cathode stockent le lithium.
Lorsque la batterie est utilisée, des particules de lithium chargées positivement (ions) se déplacent à travers l'électrolyte, de l'anode à la cathode. Des réactions chimiques se produisent qui génèrent des électrons et convertissent l’énergie chimique stockée dans la batterie en courant électrique.
Lorsque la batterie est en charge, les réactions chimiques s’inversent : les ions lithium reviennent de la cathode vers l’anode.
