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Pourquoi les batteries au lithium-ion explosent-elles?

Bien que les batteries lithium-ion soient, dans l’ensemble, incroyablement sûres, elles prennent très très rarement feu ou explosent. Quand cela se produit, comme avec le fiasco Samsung Galaxy Note 7 ou HP rappel d’ordinateur portable plus récent, c’est toujours une grande nouvelle. Alors que se passe-t-il et pourquoi les batteries s’éteignent parfois avec un bang? Découvrons-le.

Les batteries lithium-ion rechargeables – le type de batterie qui se trouve à l’intérieur de votre ordinateur portable, téléphone, tablette et à peu près tous les autres gadgets modernes que vous possédez, ainsi que les voitures électriques et les avions – sont responsables de la révolution des appareils portables. Sans batteries lithium-ion, je ne pourrais pas écrire cet article assis dans un café; au lieu de cela, je devrais être branché sur une source d’alimentation tout le temps.

Qu’y a-t-il à l’intérieur d’une batterie au lithium-ion?

Pour comprendre pourquoi les batteries lithium-ion échouent parfois, vous devez savoir ce qui se passe sous le capot. À l’intérieur de chaque batterie lithium-ion, il y a deux électrodes – la cathode chargée positivement et l’anode chargée négativement – séparées par une fine feuille de plastique «microperféré» qui empêche les deux électrodes de se toucher. Lorsque vous chargez une batterie lithium-ion, les ions lithium sont poussés par l’électricité de la cathode, à travers les microperferations dans le séparateur et un fluide électriquement conducteur, et vers l’anode. Lorsque la batterie se décharge, l’inverse se produit avec les ions lithium s’écoulant de l’anode vers la cathode. C’est la réaction qui alimente votre ordinateur portable.

Les petites batteries, comme celles des smartphones, n’ont généralement qu’une seule cellule lithium-ion. Les batteries plus grandes, comme celles des ordinateurs portables, ont normalement entre 6 et 12 cellules lithium-ion. Les batteries des voitures électriques et des avions peuvent contenir des centaines de cellules.

Qu’est-ce qui fait exploser une batterie au lithium-ion?

Ce qui rend les batteries lithium-ion si utiles, c’est ce qui leur donne également la capacité de prendre feu ou d’exploser. Le lithium est vraiment excellent pour stocker l’énergie. Lorsqu’il est publié sous forme de filet, il alimente votre téléphone toute la journée. Lorsqu’elle est relâchée d’un seul coup, la batterie peut exploser.

Cette batterie lithium-ion d’un Boeing 787 de Japan Airlines a pris feu en 2013.

La plupart des incendies et explosions de batteries lithium-ion se résument à un problème de court-circuit. Cela se produit lorsque le séparateur en plastique tombe en panne et laisse l’anode et la cathode se toucher. Et une fois que ces deux-là sont réunis, la batterie commence à surchauffer.

Le séparateur peut échouer pour plusieurs raisons:

  • Mauvaise conception ou défauts de fabrication: La batterie est mal conçue, comme avec le Galaxy Note 7. Dans ce cas, il n’y avait pas assez d’espace pour les électrodes et le séparateur dans la batterie. Dans certains modèles, lorsque la batterie se dilatait un peu en se chargeant, les électrodes se pliaient et provoquaient un court-circuit. Même une batterie bien conçue peut échouer si le contrôle qualité n’est pas maintenu suffisamment serré ou s’il y a un défaut de fabrication.
  • Facteurs externes: Il est presque garanti qu’une chaleur extrême provoquera une panne. On sait que les batteries laissées trop près d’une source de chaleur – ou prises dans un feu – explosent. Un autre facteur externe peut également provoquer la panne d’une batterie lithium-ion. Si vous laissez tomber votre téléphone trop fort (ou trop souvent), vous risquez d’endommager le séparateur et de faire toucher les électrodes. Si vous percez la batterie (par accident ou délibérément), vous provoquerez certainement un court-circuit.

  • Problèmes de chargeur: Un chargeur mal fabriqué ou mal isolé peut également endommager une batterie lithium-ion. Si le chargeur court-circuite ou génère de la chaleur à proximité de la batterie, il peut causer suffisamment de dommages pour provoquer une panne. C’est pourquoi nous vous recommandons d’utiliser uniquement des chargeurs officiels (ou du moins des chargeurs tiers de haute qualité de marques réputées). Les batteries au lithium-ion ont des protections intégrées pour les empêcher de surcharger. Bien que très rare, si ces précautions de sécurité échouent, la surcharge est un bon moyen de surchauffer une batterie.
  • Fuite thermique et cellules multiples: Bien que cela ne soit pas pertinent pour les batteries à une seule cellule comme celles que l’on trouve dans la plupart des smartphones (l’iPhone X a en fait deux cellules), une seule cellule de batterie doit tomber en panne pour que toute la batterie fonctionne. Une fois qu’une cellule surchauffe, vous obtenez un effet domino appelé «emballement thermique». Pour les batteries avec des centaines de cellules – comme celles de la Tesla Model S – l’emballement thermique a le potentiel d’être un très gros problème.

Même si l’examen des raisons pour lesquelles la batterie tombe parfois en panne donne une image effrayante, les batteries lithium-ion sont une technologie sûre et mature. Le fait qu’il soit toujours d’actualité lorsqu’une batterie explose de manière inattendue montre à quel point un événement est rare que ces gros échecs sont. Les fabricants de batteries ont mis en place de nombreuses mesures de protection pour éviter que les batteries ne tombent en panne, ou du moins atténuer les dommages qu’une panne peut causer.

Crédit photo: wk1003mike/Shutterstock.com.

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