La sécurité est une caractéristique de conception à part entière des batteries au lithium, et pour une bonne raison. Comme nous l'avons tous vu, la chimie et la densité d'énergie qui permettent aux batteries lithium-ion de fonctionner si bien les rendent également inflammables, donc lorsque les batteries fonctionnent mal, elles créent souvent un désordre spectaculaire et dangereux.
Toutes les chimies du lithium ne sont pas créées égales. En fait, la plupart des consommateurs américains - à part les passionnés d'électronique - ne connaissent qu'une gamme limitée de solutions au lithium. Les versions les plus courantes sont construites à partir de formulations d'oxyde de cobalt, d'oxyde de manganèse et d'oxyde de nickel.
Tout d'abord, faisons un pas en arrière dans le temps. Les batteries lithium-ion sont une innovation beaucoup plus récente et n'existent que depuis 25 ans. Au cours de cette période, les technologies au lithium ont gagné en popularité car elles se sont avérées utiles pour alimenter les petits appareils électroniques, comme les ordinateurs portables et les téléphones portables. Mais comme vous vous en souvenez peut-être à partir de plusieurs reportages ces dernières années, les batteries lithium-ion ont également acquis la réputation de prendre feu. Jusqu'à ces dernières années, c'était l'une des principales raisons pour lesquelles le lithium n'était pas couramment utilisé pour créer de grands bancs de batteries.
Mais ensuite est venu phosphate de fer lithium (LiFePO4). Ce nouveau type de solution de lithium était intrinsèquement incombustible, tout en permettant une densité d'énergie légèrement inférieure. Les batteries LiFePO4 n'étaient pas seulement plus sûres, elles présentaient de nombreux avantages par rapport aux autres chimies du lithium, en particulier pour les applications à haute puissance, telles que les énergies renouvelables.
Avant de plonger dans les caractéristiques de sécurité du phosphate de fer au lithium, rafraîchissons-nous sur la façon dont les dysfonctionnements de la batterie au lithium se produisent en premier lieu.
Les batteries au lithium-ion explosent lorsque la charge complète de la batterie est libérée instantanément ou lorsque les produits chimiques liquides se mélangent à des contaminants étrangers et s'enflamment. Cela se produit généralement de trois manières: dommages physiques, surcharge ou panne d'électrolyte.
Par exemple, si le séparateur interne ou le circuit de charge est endommagé ou fonctionne mal, il n'y a pas de barrière de sécurité pour empêcher les électrolytes de fusionner et de provoquer une réaction chimique explosive, qui rompt ensuite l'emballage de la batterie, combine la suspension chimique avec de l'oxygène et instantanément enflamme tous les composants.
Les batteries au lithium peuvent exploser ou prendre feu de plusieurs autres façons, mais les scénarios d'emballement thermique comme ceux-ci sont les plus courants. Cependant, le terme commun est un terme relatif, car les batteries lithium-ion alimentent la plupart des produits rechargeables du marché, et il est assez rare que des rappels à grande échelle ou des alertes de sécurité se produisent.
Bien que les batteries au lithium fer phosphate (LiFePO4) ne soient pas exactement nouvelles, elles prennent tout juste de l'ampleur sur les marchés commerciaux mondiaux. Voici un aperçu rapide de ce qui rend les batteries LiFePO4 plus sûres que les autres solutions de batteries au lithium.
Les batteries LiFePO4 sont surtout connues pour leur fort profil de sécurité, résultat d'une chimie extrêmement stable. Les batteries à base de phosphate offrent une structure chimique et mécanique supérieure qui ne surchauffe pas à des niveaux dangereux. Ainsi, offrant une sécurité accrue par rapport aux batteries lithium-ion fabriquées avec d'autres matériaux de cathode.
En effet, les états chargés et non chargés de LiFePO4 sont physiquement similaires et très robustes, ce qui permet aux ions de rester stables pendant le flux d'oxygène qui se produit parallèlement aux cycles de charge ou aux éventuels dysfonctionnements. Dans l'ensemble, la liaison phosphate de fer-oxyde est plus forte que la liaison oxyde de cobalt, donc lorsque la batterie est surchargée ou soumise à des dommages physiques, la liaison phosphate-oxyde reste structurellement stable; alors que dans d'autres chimies du lithium, les liaisons commencent à se décomposer et à dégager une chaleur excessive, ce qui conduit finalement à un emballement thermique.
Les cellules au phosphate de lithium sont incombustibles, ce qui est une caractéristique importante en cas de mauvaise manipulation pendant la charge ou la décharge. Ils peuvent également résister à des conditions difficiles, qu'il s'agisse d'un froid glacial, d'une chaleur torride ou d'un terrain accidenté.
Lorsqu'ils sont soumis à des événements dangereux, tels qu'une collision ou un court-circuit, ils n'exploseront pas et ne prendront pas feu, ce qui réduira considérablement les risques de dommages. Si vous choisissez une batterie au lithium et prévoyez une utilisation dans des environnements dangereux ou instables, LiFePO4 est probablement votre meilleur choix.
La plupart des batteries LiFePO4 sont également livrées avec un système de gestion de batterie (BMS) qui possède de nombreuses fonctionnalités de sécurité supplémentaires, notamment; protection contre les surintensités, les surtensions, les sous-tensions et les surchauffes et les cellules sont livrées dans un boîtier en acier inoxydable antidéflagrant.
Il convient également de mentionner que les batteries LiFePO4 sont non toxiques, non contaminantes et ne contiennent pas de terres rares, ce qui en fait un choix respectueux de l'environnement. Les batteries au lithium au plomb-acide et à l'oxyde de nickel comportent un risque environnemental important (en particulier au plomb-acide, car les produits chimiques internes dégradent la structure de l'équipe et provoquent éventuellement des fuites). Par rapport aux batteries au plomb-acide et aux autres batteries au lithium, les batteries au lithium fer phosphate offrent des avantages significatifs, notamment une efficacité de décharge et de charge améliorée, une durée de vie plus longue et la capacité de cycle profond tout en maintenant les performances. Les batteries LiFePO4 ont souvent un prix plus élevé, mais un coût bien meilleur sur la durée de vie du produit, un entretien minimal et un remplacement peu fréquent en font un investissement rentable et une solution à long terme plus sûre.
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