Samsung, grande victime du Li-ion
Samsung a stoppé la production du Galaxy Note 7. Les batteries à ions lithium, dites Li-ion, s’échauffent et s’enflamment. La fragilité de cette technologie est une nouvelle fois démontrée. Quelles sont les alternatives ?
Samsung a annoncé l’arrêt de la production de sa « phablette », Galaxy Note 7, le 11 octobre dernier, seulement 2 mois après sa commercialisation. Depuis août 2016, plusieurs cas d’incendie et d’explosion avaient été recensés. Le Galaxy Note 7 a fait flamber une jeep aux Etats Unis. Il a troué la moquette d’un avion de la Southwest, ou encore, a explosé dans la poche d’un bermuda d’un jeune américain.
Samsung a reconnu qu’il y avait un problème de batterie. La faute au Li-ion. En effet, des phénomènes de surchauffe ont déjà été rencontrés avec cette technologie. Une voiture électrique de Tesla Motors s’est embrasée en 2013 ; un boeing 787 a dû se poser en urgence la même année ; et Sony a rappelé 9,6 millions d’ordinateurs portables suite à des explosions de batterie en 2006.
Même Apple, le principal concurrent de Samsung, a connu des déboires avec son iPod Nano qui présentait des risques de surchauffe.
Pourquoi les batteries Li-ion peuvent-elles s’enflammer ?
Ces batteries ont été mises en vente pour la première fois en 1992 par Sony. Elles sont constituées de plusieurs piles composées chacune d’une anode, d’une cathode et d’un électrolyte. Des ions lithium passent de la cathode vers l’anode quand la batterie est en charge, et font le chemin inverse lors de l’utilisation.
Le Li-ion se substitue au plomb très largement utilisé dans le monde entier. Une batterie au Li-ion présente beaucoup d’avantages. Elle permet de stocker, à taille équivalente, deux à trois fois plus d’énergie que les autres batteries. Elle se charge aussi plus rapidement et dure plus longtemps. Ses atouts intéressent les constructeurs d’appareils électroniques nomades. Alliant légèreté et efficacité, elle s’impose dans tous les smartphones quelle que soit la marque.
Mais sa chimie reste délicate. Une surcharge, un choc thermique, une température inférieure à -5°C, ou une simple surchauffe extérieure peuvent être à l’origine d’un emballement thermique. En effet, des dendrites ou cristaux se forment au niveau de l’anode jusqu’à toucher la cathode, provoquant un court-circuit. Qui dit court-circuit dit montée en température. La batterie étant dans un espace très restreint, la chaleur peut difficilement être évacuée. L’accumulateur finit par exploser provoquant la fuite de son électrolyte, un solvant inorganique inflammable. Un gaz toxique, le fluorure d’hydrogène, se dégage ensuite.
Pour isoler les électrodes et éviter les courts-circuits, les industriels glissent un séparateur (mince couche de plastique) dans l’électrolyte de la batterie. Mais dans le cas du Galaxy Note 7, les séparateurs auraient été « écrasés » par les bords incurvés de l’appareil. C’est une des pistes de l’enquête.
Dans cette course à la performance et à la production d’appareils de plus en plus compacts, le consommateur est-il en sécurité ?
Le Collège de France s’était déjà posé la question en novembre 2011 lors d’un colloque international « La sécurité des batteries à ions lithium : possibilité de risque zéro ? ». Le développement des véhicules électriques étaient au cœur du débat. Des pistes d’amélioration ont été partagées, comme l’ajout d’additifs dans l’électrolyte. De plus, tous les experts ont souhaité se mobiliser de façon globale afin d’harmoniser les initiatives des différents pays. Ils ont conclu à la nécessité d’une réglementation stricte pour que la course aux bas coûts ne l’emporte pas sur la sécurité.
En parallèle, certains industriels s’impliquent déjà dans de nouvelles technologies.
Le lithium-métal polymère (LMP) créé par le groupe Bolloré, constitue une des alternatives au Li-ion. Cette technologie est utilisée dans la voiture électrique Bluecar du service Autolib. Le LMP n’est constitué que de matériaux solides non polluants. Il ne renferme aucun solvant chimique et ne risquerait donc pas de s’enflammer. Cependant, il nécessite d’être chauffé à 60°C pour fonctionner.
Le britannique Oxis, a annoncé quant à lui, une commercialisation de la batterie au lithium- soufre. Cette technologie permettrait d’avoir une densité énergétique cinq à sept fois plus importante que celle du Li-ion. Toutefois des problèmes d’instabilité ne seraient pas encore résolus.
D’autres types d’accumulateurs intéressent également les chercheurs: le Sodium-ion (les ions lithium sont remplacés par les ions sodium) qui serait plus sécuritaire mais réservé au stationnaire. Et le Lithium-air, qui pourrait stocker dix fois plus d’énergie que le Li-ion.
Mais ces batteries vont devoir faire leurs preuves pour détrôner le Li-ion qui représente, malgré sa fragilité chimique, un marché de 11,7 milliards de dollars et qui a accaparé 60% de la croissance du secteur au cours des 5 dernières années. Les chimistes ont donc du pain sur la planche !