Comment fonctionne une batterie LiFePO4 ?

Il existe plusieurs familles de batteries lithium-ion sur le marché. La plupart des consommateurs ne connaissent que les batteries au lithium construites à partir d’oxyde de cobalt, d’oxyde de manganèse et d’oxyde de nickel, dont la tension nominale est de 3,7 V.

Cependant, il existe sur le marché une famille de batteries lithium fer phosphate, avec une tension nominale de 3,2V. Ces batteries sont communément appelées LiFe (lithium fer) ou lithium fer phosphate (LiFePO4).

Ce nouveau type de batterie au lithium est incombustible, ce qui donne une densité d’énergie plus faible. La Batterie LiFePO4 est non seulement plus sûr à utiliser, mais il présente de nombreux autres avantages qui ne sont pas disponibles dans diverses batteries au lithium, en particulier cette batterie peut bien fonctionner avec des applications à haute puissance.

Comparées à d’autres batteries au lithium et au plomb, les batteries au lithium-fer présentent de nombreux autres avantages, tels qu’une efficacité de charge élevée, une longue durée de vie, une décharge plus élevée, une capacité de cycle profond et des performances élevées avec maintenance. Les batteries LiFePO4 sur le marché sont souvent plus chères, mais en raison de leur durée de vie plus longue, de leurs frais de maintenance réduits et de leur remplacement peu fréquent, elles sont dignes de ce prix.

En revanche, sa tension nominale inférieure de 3,2 V/cellule réduit l’énergie spécifique en dessous de celle du Li-Ion à base de cobalt. La batterie au lithium-fer est souvent utilisée pour remplacer la batterie au plomb utilisée dans les automobiles. Quatre cellules en série produisent 12,80 V, une tension similaire à six cellules plomb-acide en série qui produisent 12 V. Les véhicules chargent des batteries au plomb jusqu’à 14,40 V (2,40 V/élément).

Avec quatre cellules au lithium-fer en série, chaque cellule ayant une tension de charge maximale de 3,60 V, vous disposez de la même tension de charge maximale des batteries au plomb, qui est de 14,40 V.

La batterie au lithium-fer tolère une certaine surcharge. Cependant, maintenir la tension à 14,40 V pendant une période prolongée, comme le font la plupart des véhicules sur un long trajet, peut fatiguer la batterie.

La batterie au lithium-fer a une excellente sécurité et une longue durée de vie, mais une énergie spécifique modérée et une autodécharge élevée.

Bien que les batteries au lithium fer (LiFePO4) ne soient pas vraiment nouvelles, elles commencent tout juste à gagner du terrain sur les marchés commerciaux mondiaux.

Les batteries Li-ion sont appelées une batterie de type « chaise berçante »: elles déplacent les ions, dans ce cas les ions lithium, du négatif au positif lors de la décharge, et inversement lors de la charge.

Les points rouges dans la cellule sont des ions lithium, qui vont et viennent entre les électrodes négatives et positives.

Sur le côté gauche de la cellule se trouve l’électrode positive, construite à partir de phosphate de lithium-fer (LiFePO4). Ceci explique le nom de ce type de batterie. Les ions fer et phosphate forment une grille qui piège les ions lithium. Lorsque la cellule est chargée, ces ions lithium sont tirés à travers la membrane polymère au milieu, vers l’électrode négative à droite. La membrane est faite d’un type de polymère (plastique) avec de nombreux pores minuscules, ce qui facilite le passage des ions lithium. Du côté négatif, on retrouve un réseau composé d’atomes de carbone, qui peut piéger et retenir les ions lithium qui le traversent.

La décharge de la batterie fait la même chose en sens inverse : lorsque les électrons traversent l’électrode négative, les ions lithium reviennent à travers la membrane dans le réseau fer-phosphate. Ils sont à nouveau stockés du côté positif jusqu’à ce que la batterie soit à nouveau chargée.

Une batterie complètement chargée aurait ces ions lithium tous stockés à l’intérieur du carbone de l’électrode négative.

Dans le monde réel, les cellules lithium-ion sont constituées de très fines couches de feuilles alternées aluminium-polymère-cuivre, sur lesquelles sont collés les produits chimiques.

Ils sont souvent enroulés comme un rouleau suisse et placés dans un bol en acier. Les batteries lithium-ion de 12 volts sont composées de plusieurs de ces cellules, connectées en série et en parallèle pour augmenter la tension et la capacité en ampères-heures. Chaque cellule est d’environ 3,2 volts, donc 4 d’entre elles en série font 12,8 volts.