Conseils pour prolonger la durée de vie des batteries lithium-ion

ANN ARBOUR — Les batteries lithium-ion sont partout de nos jours, utilisées dans tout, des téléphones portables aux ordinateurs portables en passant par les outils électriques sans fil et les véhicules électriques.

Et bien qu'il s'agisse de la technologie la plus largement utilisée pour le stockage d'énergie mobile, il y a beaucoup de confusion parmi les utilisateurs quant aux meilleures façons de prolonger la durée de vie des batteries lithium-ion.

Pour aider à clarifier, les chercheurs de l'Université du Michigan ont parcouru des dizaines d'articles universitaires et de manuels d'utilisation des fabricants, ainsi que des informations sur les sites Web d'assistance à la clientèle, pour élaborer une liste de neuf meilleures pratiques pour l'extension de la durée de vie des batteries lithium-ion.

«En minimisant l'exposition aux conditions qui accélèrent la dégradation, les batteries peuvent durer plus longtemps. Et cela a un impact environnemental positif, car la production de batteries est une source d'émissions de gaz à effet de serre et de nombreux autres polluants », a déclaré l'auteur principal de l'étude, Greg Keoleian, directeur du U-M Center for Sustainable Systems de la School for Environment and Sustainability.

"De plus, les utilisateurs sont fortement incités financièrement à éviter les conditions défavorables, car le coût des batteries lithium-ion peut varier de 5% à plus de 50% du coût d'un produit."

Les résultats de l'équipe U-M ont été publiés le 15 février dans le Journal of Energy Storage.

De nombreuses pratiques recommandées sont liées aux trois variables principales qui affectent la santé de la batterie: la température, l'état de charge et le courant.

Voici quelques directives générales des chercheurs U-M pour maximiser la durée de vie de la batterie lithium-ion, ainsi que quelques recommandations spécifiques des fabricants:

• Évitez les températures extrêmes, hautes et basses, lorsque vous utilisez ou stockez des batteries lithium-ion. Des températures élevées peuvent accélérer la dégradation de presque tous les composants de la batterie et entraîner des risques de sécurité importants, notamment un incendie ou une explosion. Si un ordinateur portable ou un téléphone portable est sensiblement chaud pendant le chargement, débranchez-le. Minimisez l'exposition aux basses températures, en particulier lors de la charge.
• Pour les véhicules électriques, presque tous les fabricants incluent des avertissements sur les températures élevées dans leur manuel du propriétaire. Certains d'entre eux conseillent de se garer à l'ombre et de garder le véhicule branché par temps chaud, permettant ainsi au système de refroidissement de la batterie de fonctionner au besoin. Le branchement du véhicule est également recommandé par temps froid, afin que le système de chauffage de la batterie puisse fonctionner sur le réseau électrique.

Minimisez le temps que la batterie passe à 100% ou 0% de charge. Les «états de charge» extrêmement élevés et faibles sollicitent les batteries. Pensez à utiliser une charge partielle qui restaure la batterie à 80% SoC, au lieu de 100%. Si ce n'est pas possible, débranchez l'appareil dès qu'il atteint 100%.

Samsung et LG suggèrent que leurs téléphones soient rechargés lorsqu'ils atteignent un état de charge de 20%. Nokia et Sony mentionnent des dommages potentiels à leurs téléphones si l'appareil reste en charge après avoir atteint 100%.

Conseils pour prolonger la durée de vie de la batterie lithium-ion dans les ordinateurs portables. Crédit d'image: Centre for Sustainable Systems de l'U-M School for Environment and Sustainability.

• Dans la plupart des ordinateurs portables, un système de gestion de batterie interne cessera de charger une fois que l'appareil aura atteint l'état de charge à 100% et ne reprendra la charge que lorsque l'ordinateur portable aura atteint 95% de SoC. Même ainsi, de nombreux fabricants d'ordinateurs portables mettent en garde contre le fait de laisser l'ordinateur branché après qu'il a terminé la charge.
• L'utilisation de «chargeurs rapides» est pratique mais dégradera une batterie lithium-ion plus rapidement que la charge standard. Décharger une batterie trop rapidement entraîne également une dégradation de la batterie, à travers un grand nombre des mêmes mécanismes. Pour les téléphones portables et les ordinateurs portables, la diminution de la luminosité de l'écran, la désactivation des services de localisation et la fermeture des applications à forte consommation d'énergie peuvent aider à ralentir le taux de décharge.
• Certains fabricants d'outils électriques sans fil conseillent aux utilisateurs de ne pas stocker les batteries dans le chargeur, tandis que d'autres mettent en garde contre une décharge complète de la batterie. Quelques-uns recommandent une température ambiante minimale de 32 F lors de la charge de la batterie et un maximum de 104 degrés.
• Évitez d'utiliser ou de stocker des batteries lithium-ion dans des environnements très humides et évitez les dommages mécaniques tels que les perforations.

Une cellule de batterie se compose d'une électrode positive (cathode), d'une électrode négative (anode) et d'un électrolyte qui réagit avec chaque électrode. Les batteries au lithium-ion se dégradent inévitablement avec le temps et l'utilisation. Presque tous les composants sont affectés, y compris l'anode, la cathode, l'électrolyte, le séparateur et les collecteurs de courant.

Il existe deux principales formes de dégradation de la batterie: le fondu de capacité et le fondu de puissance. Le fondu de capacité est une diminution de la quantité d'énergie qu'une batterie peut stocker, et le fondu de puissance est une diminution de la quantité d'énergie qu'il fournit.

L'allongement de la durée de vie des batteries réduit les coûts et les charges environnementales associés à la production de nouvelles batteries – y compris la consommation de matériaux, les impacts miniers et les émissions de gaz à effet de serre – ainsi que l'élimination des batteries usagées.

«Alors que les industries de l'électronique mobile et des véhicules électriques continuent de croître, même de petites améliorations de l'extension de la durée de vie auront des avantages environnementaux importants», ont écrit les auteurs du Journal of Energy Storage.

En plus de la littérature universitaire qu'ils ont examinée, les chercheurs ont interrogé les informations accessibles au public auprès des fabricants, à la recherche d'instructions, de conseils, d'avertissements ou de conseils concernant l'utilisation et la maintenance des batteries lithium-ion.

Ces entreprises comprenaient 10 fabricants de téléphones portables (Apple, Google, HTC, Huawei, LG, Motorola, Nokia, Samsung, Sony et ZTE), 10 fabricants d'ordinateurs portables (Acer, Apple, ASUS, Dell, HP, Lenovo, LG, Microsoft, Samsung et Toshiba), quatre fabricants d'outils électriques (Bosch, DeWalt, Makita et Milwaukee Tool) et 10 fabricants de véhicules électriques (BMW, Chevrolet, Ford, Fiat, Honda, Hyundai, Kia, Mercedes-Benz, Nissan et Tesla).

Les auteurs de l'article du Journal of Energy Storage, en plus de Keoleian, sont Maxwell Woody, Maryam Arbabzadeh et Geoffrey Lewis du U-M Center for Sustainable Systems et Anna Stefanopoulou de l'U-M Energy Institute.

Le travail a été soutenu par la Responsible Battery Coalition, une coalition d'entreprises, d'universitaires et d'organisations engagées dans la gestion responsable des batteries d'aujourd'hui et de demain.

«Alors que la nation et le monde passent à des économies alimentées par des batteries, il est primordial que nous prolongions la durée de vie de tous les types de batteries, en particulier celles de nos voitures et camions», a déclaré Steve Christensen, directeur exécutif de la Responsible Battery Coalition.

«Ce travail réalisé par une institution de recherche aussi respectée que l'Université du Michigan est une première étape importante vers la création d'un changement générationnel dans la façon dont les consommateurs utilisent et traitent les batteries.»

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