La plus grande réserve de Lithium au monde est en Afghanistan

Un grand nombre de véhicules électriques utilisent des batteries au Lithium-Ion et ont donc un gros besoin de Lithium pour donner l’énergie nécessaire au moteur. On utilise aussi le lithium dans les piles lithium. Les batteries au Lithium sont aussi omniprésentes dans les téléphones mobiles, les ordinateurs portables et bien d'autres appareils.

Cependant les sources de Lithium sont assez rares et se trouvent très loin des principaux constructeurs de batteries. La Bolivie, un état qui compte 40 % du Lithium de la planète en est un parfait exemple.

Cependant, il semblerait qu’il existe une lueur d’espoir pour ces véhicules avec la récente annonce du Journal New York Times, qui annonce la découverte d’énormes réserves de Lithium en Afghanistan mais pas seulement car il y aurait aussi du fer, du cuivre, de l’or, du niobium et du cobalt donc un grand gisement de ressources.

La valeur totale des ressources naturelles représenterait 3000 milliards de dollars ou 3 000 000 000 000 $$$ soit environ autant de réserves qu’en Bolivie qui représentent 40% des réserves mondiales rappelons-le.

Selon le New York Times, ce pays ravagé par la guerre posséderait à elle seule plus de Lithium que toutes les principales réserves, notamment celle de Russie, de l’Afrique du Sud, du Chili et de l’Argentine réunies ce qui représente un gros potentiel et aussi un enjeu stratégique important.

Avec cette découverte, plusieurs observateurs affirment que les immenses gisements de Lithium pourraient changer le modèle économique de ce pays, le faisant passer du statut de quasi inexistant à celui d’un des plus grands géants miniers que le monde ait connu. Néanmoins, il faudra encore gérer l’instabilité politique du pays qui règne actuellement.

Le Lithium est l’un des éléments les plus importants qui entrent dans la composition des batteries de dernière génération. Son utilisation accrue dans la manufacture de batteries ou pile lithium est due principalement à sa capacité de stocker plus d’énergie que le Nickel et le Cadmium ou NICD. Pour doper ses performances, certains fabriquant de batteries utilisent un mélange de lithium-ion, mais on retrouve aussi d’autres combinaisons performantes, notamment comme celles fabriquées par Hyundai qui contiennent du Lithium-Polymère ou encore Lithium-Air).

L'Afghanistan est donc un pays crucial dans le monde du Lithium de part sa place stratégique qu'il occupe avec ses réserves colossales de Lithium.

La première auto électrique à pile lithium-ion vendue en Amérique est canadienne : la Maya 300

Durant l'été 2009, une première voiture électrique à pile lithium-ion sera commercialisée au Canada et aux États-Unis, et elle proviendra d'une entreprise canadienne. Il s'agit de la Maya 300, une petite voiture mise au point par la société ontarienne Electrovaya et présentée dans le cadre du Salon international de l'auto de Toronto 2009.


Cette petite voiture est animée par un moteur électrique alimenté par des piles lithium -ion Super Polymer conçues et fabriquées par la société Electrovaya. Elle est la première voiture totalement électrique à pile lithium -ion commercialisée en Amérique du Nord, a dit le porte-parole et directeur de la division Véhicules électriques de la société.

La Maya 300 est une berline à hayon à quatre portes conçue pour transporter quatre personnes, cinq au besoin. Sa carrosserie est plus courte de 0,4 mètre que celle d'une Chevrolet Aveo5, mais elle est aussi large et, aussi, légèrement plus haute.

La voiture est assemblée par Electrovaya dans l'une ou l'autre de ses deux usines : celle de Mississauga, en Ontario, ou celle de Malta, dans l'État de New-York. La décision n'est pas encore arrêtée. Néanmoins, son prix est concurrentiel, a indiqué Mme DasGupta. Pour ce qui est du marché américain, des sources proches du constructeur parlent d'un prix gravitant autour de 20 000 $ US.

Grande autonomie
Le constructeur offre deux types de piles : une première de 12 kWh assurant une autonomie maximale de 80 kilomètres et une seconde de 18 kWh donnant une autonomie maximale de 120 kilomètres.



Ces piles peuvent être rechargées à partir d'une prise standard de 110 volts, et la recharge complète requiert de 8 à 10 heures ce qui est pas mal du tout pour une pile !

La Maya 300 est conforme aux normes de circulation des véhicules à basse vitesse (VBV) qu'on peut utiliser depuis peu dans certains régions urbaines du pays, entre autres, au Québec. Elle l'est également aux normes américaines équivalentes instaurées dans certains États américains.

Une bien belle petite voiture électrique donc qui fonctionne avec des piles lithium !

Piles lithium et piles alcalines : test produit

Les piles lithium présentent, au premier abord, 2 propriétés étonnantes : la masse et le prix ! En effet, chaque pile au lithium coûte environ 3 euros pour une masse beaucoup plus réduite de seulement 15 grammes soit 42% inférieure à une pile alcaline de même format. La pile lithium présente le même format que la pile alcaline LR06 mais avec une masse réduite, une capacité supérieure et un prix plus élevé.

Conditions du test :

On a testé 2 piles lithium format LR06 Energizer et une pile alcaline de même format de marque CORA. Alors qu'on croit, moi le premier, que les piles lithium sont chères, on est tombé par chance sur une promotion : le lot de 8 piles lithium Energizer pour 19.81 Euros "seulement" soit un peu plus de 2 Euros la pile ( la photo d'un blister de pile ci-dessous). Remarque au passage : la date limite d'utilisation est en 2021 ce qui laisse encore 14 années pour utiliser le pack de pile ce qui est largement suffisant et un avantage du lithium. 

 

Voici le détail du test :On a simulé le fonctionnement de notre appareil photo numérique Kodak (voir photo ci-dessous) à l'aide d'une résistance de 5,4 ohms.

 
Le courant absorbé ( sous U = 1,5V ) est donc I = 0,28 A. Une pile lithium et une pile alcaline ont été testées avec cette charge. On a également simulé de fonctionnement de 2 appareils numériques à l'aide de 2 résistances de 5,4 ohms placées en parallèle. Le courant absorbé est donc le double du précédent soit 0,56 A. Seule une pile lithium a été testée avec cette charge. On décrit ci-après les raisons qui nous ont poussé à faire ce teste.

 Voici les résultats de notre test qui sont conformes à nos attentes :

Test des piles débitant sur un seul appareil KODAK :
La tension aux bornes de la pile lithium atteint le seuil fatidique de 1,4 V au bout de 5h32 minutes. Ce qui est largement suffisant pour envisager le fonctionnement de l'appareil ( qui nécessite 2 piles ) pendant l'ascension et la descente de la nacelle. Le seuil 1,2 V ( incompatible avec les caractéristiques de notre appareil ) est atteint pour une durée presque deux fois supérieure : 10h39min. Pour information, la pile alcaline standard aborde ce seuil au bout de seulement 5h26min.

Maintenant, on souhaite embarquer deux appareils photo numérique avec nous. Pour des questions de masse, nous n'allons pas dédoubler l'alimention. On effectue donc un test pour savoir si une pile est capable d'alimenter deux appareils.

Test de la pile débitant sur deux appareils KODAK :
On étudie la courbe rose : la tension fatidique de 1,4V est atteinte au bout de seulement 50 minutes. Insuffisant donc ! Par contre, la tension 1,2V est atteinte au bout de 5h26minutes. Cette durée est compatible avec la durée du vol mais la tension reste trop faible. Les conclusions restent les mêmes avec une tension de 1V par élément qui nous procurent 5h56 minutes d'autonomie. Comment conciler ces paramètres avec nos exigences décrite ci-dessus ?

Solution :
On va placer 5 piles en série soit une tension de 7,5V à vide. Cette tension est évidemment trop importante pour alimenter nos appareils. Utilisons alors un régulateur de tension réglé sur 3V : tension nominale d'alimentation de nos appareils. Lorsque les accumulateurs atteindront une tension de 1V aux bout de 5h56min, la tension totale sera de 5V.

Cette tension est encore suffisante pour faire fonctionner le régulateur ( en général, il faut une tension d'entrée supérieure de 2 V pour faire fonctionner le régulateur ). Le problème d'alimentation des appareils est donc résolu. A croire que les piles lithium ont été conçues pour répondre à nos demandes en termes d'énergie portative au lithium.

Pile lithium - Petits rappels

Les piles lithium sont des piles, dont le couple électrochimique est basé sur le lithium. Leur anode en lithium leur confère une tension double des piles salines et des piles alcalines (3 V contre 1,5 V). Elles sont utilisées dans les appareils électroniques portables de consommation courante et très répandues dans l'industrie. Parmi les différents couples basés sur le lithium, le plus courant est le couple lithium Manganèse (li-MnO2) utilisé dans les piles "boutons" et "photos" largement disponible pour le grand public, le couple Lithium Chlorure de Thionyl (Li-SOCl2) étant réservé aux usages professionnel. Il faut noter qu'à part les piles "boutons" et "photos" (format spécifique), on ne trouve pas, dans la distribution pour le grand public, les formats classiques (A AA C ..) qui existent pour l'industrie. Le but de cela étant d'éviter les problèmes de non compatibilité de tension sur des formats classiques en pile alcalines (tension 1.5V).



Le terme « pile lithium » désigne en fait une famille de différents systèmes chimiques, comprenant notamment de nombreux types de cathodes et d'électrolytes.


Pour les piles basées sur Le couple Lithium Chlorure de Thionyl :

À l'anode, le lithium (Li) s'oxyde en ions lithium (Li+) :

Li => Li+ + e-

À la cathode, c'est une réduction faisant intervenir le chlorure de thionyle (SOCl2) qui se produit :

2 SOCl2 + 4 e- => 4 Cl- + SO2 + S

Les électrons libérés d'un côté et consommés de l'autre circulent pour donner un courant électrique.

Soit une équation globale :

2 SOCl2 + 4 Li => 4 Li+ + 4 Cl- + SO2 + S

La pile s'arrête donc de fonctionner lorsque le lithium est entièrement consommé, ou que le réactif de cathode (ici, chlorure de thionyle) est entièrement consommé.

À noter que comme toutes les piles, les piles au lithium ne sont pas rechargeables, seuls les accumulateurs électriques (accu) le sont.


Avantages et inconvénients
Ces piles sont bien adaptées aux applications nécessitant un courant extrêmement faible où une longue durée de vie est indispensable, tels que les systèmes d'alarme sans fil par exemple.

Applications

1. Industrie - Les piles au chlorure de lithium-thionyle ont une densité énergétique importante. Dans celles-ci, un mélange liquide de chlorure de thionyle et de tétrachloroaluminate de lithium jouent respectivement les rôles de la cathode et de l'électrolyte. Un matériel poreux en carbone sert d'électrode positive, de cathode qui reçoit les électrons du circuit extérieur. Cependant, les piles au chlorure de lithium-thionyle ne sont généralement pas vendues aux consommateurs, par contre elles sont utilisées dans les milieux commerciaux et industriels, ou installées dans des appareils pour lesquels le changement de piles n'est pas effectué par le consommateur lui-même.
2. Domestique - Le type de cellule de piles au lithium le plus couramment utilisé pour la vente aux particuliers utilise du lithium métallique comme anode et, du dioxyde de manganèse comme cathode, avec un sel de lithium dissous dans un solvant organique.

Pile lithium : une vidéo publicitaire amusante

C'est une bien belle vidéo de Energizer que je viens de vous trouver sur le net. C'est un pub pour la pile Energizer ultimate lithium, la plus puissante des piles lithium à 1,5V.
A regarder sans modération, la pile lithium est assez bien mise en avant je trouve.

Piles lithium qui se rechargent en quelques secondes !

Piles lithium, du nouveau ! Apparemment, des chercheurs aurait trouvé le moyen de réduire considérablement le temps de charge des batteries lithium-ion utilisées dans les appareils hightech ou dans les voitures électriques. A voir...

Des téléphones portables qui se rechargent cent fois plus vite que maintenant, des voitures électriques qui font le plein en quelques minutes chrono, c'est non seulement possible, mais cela pourrait très bientôt devenir réalité. 

Des chercheurs du MIT ont en effet mis au point un procédé permettant de doper considérablement la vitesse de chargement des batteries lithium-ion que l'on retrouve dans la plupart de nos appareils high-tech. Leur découverte est d'autant plus porteuse qu'elle exploite un type de batteries moins coûteux, plus écolo et plus sécurisé que celui traditionnellement utilisé sur le marché.

Un professeur en ingénierie et science des matériaux au MIT et l'un de ses étudiants ont fait part de leurs travaux dans une revue parue le jeudi 12 mars 2009. Les deux scientifiques avaient pour but de tirer le meilleur parti des batteries lithium-ion à base de phosphate de fer, un type de batteries à forte capacité de stockage mais incapable de délivrer rapidement l'énergie.

Faciliter le trajet des ions

Moins sensibles à la surchauffe, elles sont utilisées dans les voitures électriques, qui sont bridées dans leurs accélérations par le faible rendement énergétique. Les petits appareils comme les téléphones ou les PC portables utilisent, eux, des batteries Li-ion à base de cobalt ou de manganèse, plus facilement miniaturisables, mais aussi plus toxiques.

Pour “ booster ” les batteries au phosphate de fer, les chercheurs ont eu l'idée de faciliter le trajet des ions de lithium, qui génèrent le courant électrique en se déplaçant entre les deux électrodes. Le professeur et son élève ont donc voulu leur créer une voie rapide, une sorte de “ périphérique ”, pour que les ions arrivent plus rapidement à destination.

Les 2 hommes y sont parvenus en ajoutant une couche plus conductrice à la surface des matériaux, de 5 nanomètres (nm) d'épaisseur. Ainsi orientés, les ions pénètrent plus facilement dans les électrodes, dont la surface comporte des “ micro-tunnels ”.

Une découverte déjà brevetée

Avec cette technique, les chercheurs ont conçu une petite batterie qui se recharge entre 10 et 20 secondes, contre 6 minutes pour une batterie au phosphate de même taille, non modifiée. Le rapport serait même de 1 à 100 avec une batterie lithium-ion du marché.

Cerise sur le gâteau, le procédé permettrait d'allonger la durée de vie de la batterie, en lui évitant de trop se dégrader à chaque cycle de charge/décharge. Il serait donc aussi adapté pour les batteries miniaturisées des appareils high-tech.

Il y a néanmoins encore quelques points à régler. Car pour recharger à une telle vitesse, en particulier une voiture électrique, il faut envisager une sacrée puissance d'alimentation. Reste aussi à gérer la décharge, également accélérée par le procédé. Malgré ces écueils, les chercheurs sont confiants.

Le lithium au phosphate de fer étant un matériau déjà utilisé sur le marché (et moins coûteux que le cobalt), ils estiment que leur découverte pourrait être rapidement appliquée, peut-être d'ici deux à trois ans. Le MIT indique que leur procédé a déjà été breveté par deux sociétés, dont le nom n'a pas été communiqué.
Une nouvelle avancée donc pour la pile lithium.

Les piles au lithium sont des piles, dont le couple électrochimique est basé sur le lithium. Leur anode en lithium leur confère une tension double des piles salines et des piles alcalines (3 V contre 1,5 V). Elles sont utilisées dans les appareils électroniques portables de consommation courante et très répandues dans l'industrie. Parmi les différents couples basés sur le lithium, le plus courant est le couple lithium Manganèse (li-MnO2) utilisé dans les piles "boutons" et "photos" largement disponible pour le grand public, le couple Lithium Chlorure de Thionyl (Li-SOCl2) étant réservé aux usages professionnel. Il faut noter qu'à part les piles "boutons" et "photos" (format spécifique), on ne trouve pas, dans la distribution pour le grand public, les formats classiques (A AA C ..) qui existent pour l'industrie. Le but de cela étant d'éviter les problèmes de non compatibilité de tension sur des formats classiques en pile alcalines (tension 1.5V).

Description

Le terme « pile au lithium » désigne en fait une famille de différents systèmes chimiques, comprenant notamment de nombreux types de cathodes et d'électrolytes.

Principe

Pour les piles basées sur Le couple Lithium Chlorure de Thionyl :
À l'anode, le lithium (Li) s'oxyde en ions lithium (Li⁺) :

Li => Li⁺ + e^-

À la cathode, c'est une réduction faisant intervenir le chlorure de thionyle (SOCl₂) qui se produit :

2 SOCl₂ + 4 e^- => 4 Cl^- + SO₂ + S

Les électrons libérés d'un côté et consommés de l'autre circulent pour donner un courant électrique.
Soit une équation globale :

2 SOCl₂ + 4 Li => 4 Li⁺ + 4 Cl^- + SO₂ + S

La pile s'arrête donc de fonctionner lorsque le lithium est entièrement consommé, ou que le réactif de cathode (ici, chlorure de thionyle) est entièrement consommé.
À noter que comme toutes les piles, les piles au lithium ne sont pas rechargeables, seuls les accumulateurs électriques (accu) le sont.

Pile CR2016 (lithium Manganèse) démontée. De gauche à droite :

Côté anode (à l'envers), recouvert de lithium.

Séparateur, fine couche de matériau poreux imbibé d'électrolyte : du sel de lithium dans un solvant organique.

Plaquette de dioxyde de manganèse (MnO₂).

Côté cathode, avec collecteur de courant (en carbone) sur son dessous et un joint sur le bord interne, endommagé par l'ouverture.

Avantages et inconvénients

Ces piles sont bien adaptées aux applications nécessitant un courant extrêmement faible où une longue durée de vie est indispensable, tels que les systèmes d'alarme sans fil par exemple.

Applications

Industrie

Les piles au chlorure de lithium-thionyle ont une densité énergétique importante. Dans celles-ci, un mélange liquide de chlorure de thionyle et de tétrachloroaluminate de lithium jouent respectivement les rôles de la cathode et de l'électrolyte. Un matériel poreux en carbone sert d'électrode positive, de cathode qui reçoit les électrons du circuit extérieur. Cependant, les piles au chlorure de lithium-thionyle ne sont généralement pas vendues aux consommateurs, par contre elles sont utilisées dans les milieux commerciaux et industriels, ou installées dans des appareils pour lesquels le changement de piles n'est pas effectué par le consommateur lui-même.

Domestique

Le type de cellule de piles au lithium le plus couramment utilisé pour la vente aux particuliers utilise du lithium métallique comme anode et, du dioxyde de manganèse comme cathode, avec un sel de lithium dissous dans un solvant organique.