Avant d’acheter votre première voiture électrique, vous vous demandez souvent si une voiture électrique est écologique ou pas. Pour le savoir, je vous propose d’en apprendre un peu plus sur la composition d’une batterie pour voiture électrique et sur l’impact écologique de sa production et de son recyclage.
Les principaux éléments qui constituent une batterie de voiture électrique
La batterie d’une voiture électrique est un composant incontournable car c’est elle qui va stocker l’énergie électrique nécessaire pour faire fonctionner le moteur. Pour bien comprendre sa composition, voici tout d’abord un schéma qui va vous expliciter son architecture:
[Image: Composition simplifiée d’une batterie de voiture électrique]Ce schéma nous en apprend un peu plus sur la composition d’une batterie de voiture électrique. Celle-ci est en effet constituée de plusieurs éléments : des électrodes, un électrolyte et un séparateur. Détaillons.
Les électrodes
Les électrodes sont les composants-clés de la batterie d’une voiture électrique. Sachez qu’il existe 2 types d’électrodes, l’anode et la cathode:
- L’anode est la partie de la batterie où se produit l’oxydation.
- La cathode est la partie où se produit la réduction.
Comprenez que pendant la charge, les ions lithium se déplacent de la cathode vers l’anode, et pendant la décharge, les ions se déplacent de l’anode vers la cathode.
Quelle est la composition des anodes et des cathodes ?
Eh bien, elles sont généralement composées d’un matériau actif qui est capable de stocker de l’énergie électrique. Nous verrons juste après qu’il s’agit souvent de lithium, mais pas exclusivement.
Autre élément, l’électrolyte.
L’électrolyte
L’électrolyte est une substance liquide (ou solide) qui va permettre aux ions de se déplacer entre les 2 électrodes (l’anode et la cathode). Sa composition est souvent à base de sel de lithium que l’on dissout dans un solvant organique.
Le principe de base ? Lorsque la batterie est chargée, les ions lithium sont dissous dans l’électrolyte et se déplacent vers l’anode. Lorsque la batterie est déchargée, les ions se déplacent de l’anode vers la cathode en traversant l’électrolyte.
Autre composant, le séparateur.
Le séparateur
À quoi sert le séparateur ?
Il permet d’empêcher l’anode et la cathode de se toucher directement afin d’éviter les courts-circuits et les défaillances de la batterie. Pour autant, le séparateur n’est pas totalement hermétique. Constitués de petits pores, ceux-ci permettent de laisser passer les ions.
Autre rôle du séparateur, il permet d’ordonner la manière dont les ions passent d’un côté à l’autre. Il les répartit harmonieusement sur l’autre électrode. Cela évite les concentrations et les endroits de vide.
En revanche, le séparateur bloque tout électron qui voudrait passer d’un côté à l’autre de la batterie. Ainsi, les électrons sont obligés de passer par les cosses de la batterie.
Demandons-nous à présent pourquoi les batteries pour voitures électriques utilisent généralement le lithium.
Pourquoi utilise-t-on le lithium pour fabriquer les batteries des voitures électriques ?
Il est vrai que la plupart des batteries des voitures électriques utilisent le lithium. Ce choix a été fait en raison de ses propriétés chimiques et physiques. Les voici :
Première raison : le lithium est un élément très léger et réactif qui possède un potentiel électrochimique élevé. Qu’est-ce que cela veut dire ? Cela signifie qu’il a une forte affinité pour les électrons. Dans une batterie, lorsque le lithium est utilisé comme anode, il libère facilement des électrons pour produire du courant électrique.
Le lithium a aussi une densité d’énergie très élevée. Cela veut dire qu’il peut stocker une grande quantité d’énergie dans une petite quantité de matériaux. Vous comprenez aisément que c’est un avantage important dans une voiture, puisque les batteries doivent y être légères et compactes. Objectif ? Une autonomie maximale.
Enfin, le lithium est disponible en abondance. C’est en effet un élément que l’on trouve dans de nombreux minéraux comme la spodumène, la pétalite et la lépidolite. On le trouve sur terre, mais aussi sous l’eau, principalement dans les eaux souterraines et les lacs salés.
Pour autant, le lithium n’est pas le seul composant possible. Découvrons les autres.
Quels sont les autres composants possibles d’une batterie ?
Parmi les autres composants, on retrouve le cobalt, le nickel et le manganèse. Chacun a son rôle dans le fonctionnement de la batterie. Explications.
Le cobalt. C’est un composant important, on le retrouve dans la fabrication des cathodes des batteries lithium-ion. Le rôle du cobalt est de permettre de stabiliser la structure cristalline de la cathode et d’augmenter la densité d’énergie de la batterie. Problème ? Nous le verrons plus tard, son extraction et sa production posent des problèmes environnementaux.
Le nickel. C’est un autre élément indispensable au bon fonctionnement d’une batterie. On le retrouve aussi dans la cathode. Deux options : soit il remplace le cobalt, soit il est utilisé en association avec le cobalt. Son avantage est d’être moins coûteux que lui. En revanche, la présence de trop de nickel dans la cathode peut faire diminuer la durée de vie de la batterie. Vérifiez donc bien la composition de la batterie de la voiture que vous achetez.
Le manganèse. Toujours dans la cathode, le manganèse est un élément qui est le plus souvent un additif. Son rôle est d’améliorer la stabilité et la durabilité de la batterie. Attention, certains constructeurs l’utilisent à la place du cobalt pour réduire les coûts de production. Dans ce cas, cela peut diminuer grandement la durée de vie de la batterie.
Une liste de composants qui me permet de vous rappeler à présent les différents types de batteries que l’on peut trouver sur le marché.
Inventaire des différents types de batteries utilisés dans les voitures électriques
Depuis le début de ce guide technique, je vous parle beaucoup des batteries lithium-ion. Ce sont les plus couramment utilisées dans les voitures électriques en raison de leur densité énergétique élevée et de leur faible taux d’auto-décharge.
Pour autant, vous pouvez trouver 2 autres types de batterie qui sont des dérivés de la classique batterie. Découvrons-les :
Les batteries au nickel-manganèse-cobalt (NMC). Même principe de fonctionnement qu’une batterie lithium-ion, mais elles utilisent un mélange de nickel, de manganèse et de cobalt dans les cathodes. Elles ont une densité énergétique élevée. On les retrouve aujourd’hui dans de nombreuses voitures électriques.
Les batteries au phosphate de fer de lithium (LFP). On les retrouve aussi dans nos véhicules électriques. Leur point fort ? Une grande sécurité et une bonne durée de vie. En revanche, elles ont une densité énergétique plus faible que les batteries lithium-ion et NMC. D’ailleurs, Tesla envisage de passer à la batterie LFP sur plus de ses modèles.
Mais cette liste n’est pas exhaustive, plusieurs autres technologies sont présentes et en cours de développement, on peut citer la batterie m3p ou encore la batterie Qilin CTP qui peut atteindre jusqu’à 1 000 km d’autonomie.
Intéressons-nous à présent à l’impact environnemental de telles batteries.
Quel est l’impact environnemental de la production et du recyclage de ces batteries ?
Oui, la production et le recyclage des batteries de voitures électriques ont un impact environnemental important. Il serait erroné de dire le contraire. Faisons donc un état des lieux des conséquences environnementales et voyons les garde-fous mis en place.
Les conséquences environnementales
Première évidence : la production des batteries nécessite des matières premières comme le lithium, le cobalt, le nickel et le manganèse qui sont souvent extraites dans des conditions environnementales difficiles. On parle aussi de fortes émissions de gaz à effet de serre associées à cette production.
Le recyclage des batteries pose aussi des problèmes environnementaux. En effet, les batteries contiennent souvent des métaux lourds et des produits chimiques dangereux. Il est donc impératif de bien les traiter afin d’éviter toute pollution.
De nombreuses législations existent pour limiter ces risques.
La législation mise en place
En France, la fabrication et le recyclage des batteries sont particulièrement encadrés par la loi. Détaillons :
La fabrication des batteries est réglementée par le Code de l’environnement (article R. 554-1). Ce texte impose aux fabricants de respecter des normes de sécurité et de qualité très strictes. La protection de l’environnement est aussi au cœur de cet article. La loi prévoit aussi un arsenal juridique pour le transport de celles-ci (arrêté du 29 mai 2009).
Il est aussi essentiel de bien gérer les batteries usagées. Tout ceci est encadré par l’arrêté du 7 août 2019 relatif aux modalités de gestion des batteries et accumulateurs usagés.
À l’avenir, ces batteries vont-elles encore beaucoup évoluer ? Quelques éléments de réponse.
Batterie pour voiture électrique : technologies et avenir
Évidemment, comme dans de nombreux domaines, la technologie avance vite et à grand pas. Des avancées qui tentent d’améliorer les capacités de stockage, la durabilité et la sécurité des batteries. Un effort est aussi fait pour réduire l’impact écologique.
Voyons les 3 pistes les plus concluantes de nos constructeurs :
L’avancée la plus aboutie est sans aucun doute l’utilisation de batteries à électrolyte solide. Les avantages sont nombreux : la densité d’énergie est plus élevée et la sécurité est améliorée. En effet, utiliser une électrolyte solide élimine les risques de fuites et d’explosion.
On parle aussi beaucoup d’une autre avancée technologique : l’utilisation de batteries à anode en silicium. Avec cette batterie, de grands pas sont franchis en termes de capacité de stockage d’énergie. Ces batteries à anode en silicium peuvent en effet doubler la densité d’énergie des batteries lithium-ion. Résultat ? On devrait pouvoir parcourir plus de kilomètres avec une seule et même charge.
La recherche avance aussi en ce qui concerne l’utilisation de batteries à flux. De quoi parle-t-on ? C’est un type de batterie qui stocke l’énergie sous forme de liquides électrolytes. On peut donc imaginer qu’à l’avenir ce liquide puisse être stocké dans des réservoirs externes afin d’augmenter la capacité de la batterie.
Passons au résumé de ce guide pratique.
Composition d’une batterie de voiture électrique, en résumé
Une batterie pour voiture électrique est composée d’électrodes (anode et cathode), d’un électrolyte (fluide ou solide) et d’un séparateur.
Pour la fabrication, on utilise généralement du lithium, car c’est un élément très léger et réactif qui a une densité d’énergie très élevée. Il est aussi disponible en abondance.
D’autres composants entrent dans la fabrication d’une batterie : le cobalt, le nickel et le manganèse.
On retrouve donc 3 grandes familles de batteries pour voitures électriques : les batteries lithium-ion, les batteries au nickel-manganèse-cobalt (NMC) et les batteries au phosphate de fer de lithium (LFP). Les prix des batteries de voitures électriques varient essentiellement selon la famille de batterie intégrée dans la voiture.
La production et le recyclage des batteries de voitures électriques ont un impact environnemental important. C’est pourquoi la France encadre par la loi cette production et ce recyclage.
Des avancées technologiques sont attendues, parmi elles : l’utilisation de batteries à électrolyte solide, de batteries à anode en silicium et de batteries à flux.
Vous connaissez à présent la composition des batteries pour voitures électriques. Peut-être avez-vous encore des questions ? Faites-nous en part en commentaire. Je vous répondrai rapidement.
