Quelles sont les poudres utilisées pour fabriquer des batteries ?

Utilisées pour alimenter une multitude d’appareils électroniques – automobiles, ordinateurs, smartphones, appareils photos, caméras, montres, etc., les batteries sont composées de produits chimiques complexes qui font l'objet d'un grand nombre de tests et d'analyses avant d'être mis en production. Parmi les matières premières nécessaires à la production de batteries, on peut notamment citer le lithium, le cadmium, le nickel ou le graphite.
Les poudres représentent l’une des principales substances utilisées pour la fabrication des batteries. Les poudres peuvent agir comme un catalyseur chimique, un matériau de protection ou un moyen d'améliorer la performance globale de la batterie. Il en existe différents types que nous allons détailler ci-dessous de manière non exhaustive.

Pour commencer par l'essence même de la batterie, il faut savoir qu'un électrolyte est nécessaire pour le fonctionnement des cellules électroniques qui composent les batteries. Les principaux électrolytes sont les solutions aqueuses qui sont formées par la dissolution d’une ou plusieurs sortes de sels qui, à leur tour, sont obtenus à l’aide de produits chimiques. Ces sels sont souvent pulvérisés finement et transformés en poudre fine, appelée « poudre d'électrolyte ».

En dehors de cet électrolyte liquide, d'autres produits chimiques sont transformés en poudres pour être utilisés dans la fabrication des batteries. Par exemple, en ce qui concerne les accumulateurs de plomb, deux produits chimiques pulvérisés acides, à savoir le plomb et l'oxyde, sont mélangés ensemble pour former une poudre. Cette poudre est formée par électrolyse pour obtenir des particules de plomb pur contenant des ions d’oxygène. De plus, elle contribue à la réaction chimique nécessaire pour la production et le stockage de l'énergie dans la batterie. Ces poudres peuvent également être appliquées sous forme de laminage ou d'électrolyte afin d'améliorer leurs performances.

Une autre sorte de poudre qui est exploitée dans la fabrication des batteries est la poudre d'oxyde métallique. Cette substance est formée par l'oxydation d'un métal pour produire une poudre métallique extrêmement fine composée de particules métalliques ultra-fines. La poudre d’oxyde métallique est souvent utilisée pour produire des batteries rechargeables car elle permet de réduire la résistance intérieure de la batterie et d'améliorer la capacité de stockage lorsqu'elle est mélangée avec l'électrolyte.

La plus courante des poudres utilisées dans les batteries est l’oxyde de zinc. Cette poudre sert principalement à produire des batteries sèches. Elles peuvent contenir des sels tels que le sulfate de zinc et le nitrate de zinc. Les poudres d'oxyde de zinc causent une réaction chimique avec le sulfate de zinc ou le nitrate de zinc et le matériau support pour produire de l'électricité. Les accumulateurs sèches sont réputés pour les applications portables ou des systèmes de secours en raison de leur faible longueur et hauteur.

Le manganèse est la matière la plus couramment utilisée pour produire des batteries lithium-ion. Les batteries lithium-ion sont généralement des cellules cylindriques qui servent de nombreuses applications. Une caractéristique unique de la batterie lithium-ion est qu’elle peut stocker beaucoup d’énergie par unité de sa masse. Cette poudre produit une réaction complexe avec le matériau support qui produit des ions lithium libérés qui fournissent l’énergie au dispositif.

Les poudres d’oxyde de zinc et de manganèse peuvent être ajoutées à l'électrolyte afin de fournir des ions nécessaires à la réaction pendant le processus de charge/décharge des batteries. Elles contribuent non seulement à une meilleure performance des batteries, mais aussi à un temps de charge plus court et à une plus longue durée de vie des batteries.

Les accumulateurs nickel-cadmium (Ni-Cd) sont également couramment fabriqués à l’aide de poudres, composées de deux métaux différents : le nickel et le cadmium. Ces poudres sont transformées en granulés souples et ajustées au matériau support pour former une batterie rechargeable. La capacité élevée de stockage de l’énergie et sa taille réduite permettent une utilisation dans les véhicules ou au sein de dispositifs alimentés par batterie sans fil.

Des poudres d’oxydes mixtes peuvent également participer à la fabrication des batteries. Elles sont conçues à partir d’un alliage d’oxyde de lithium, d’oxyde de manganèse et de graphite. Ces poudres sont fréquemment utilisées pour la fabrication de batteries qui offrent une vitesse de décharge exceptionnelle. Bien que leur tension de nom varie, elles se distinguent des batteries Ni-Cd et Ni-MH par leur faible coût et leur taille réduite.

D’autres poudres dont la composition chimique peut varier sont aussi parfois utilisée pour concevoir des batteries. C’est le cas des batteries AGM et VRLA auxquelles on applique du polystyrène ou du quartz pour assurer un bon contact électrique entre les charges. Elles sont également fréquemment utilisées dans les systèmes de stockage d’énergie qui sont plus fiables et prévisibles. Généralement, ces poudres sont solubles dans les solvants organiques et servent principalement de matériau de remplissage pour le support de la batterie.

Les poudres jouent donc un rôle primordial dans la fabrication des batteries. Elles sont utilisées pour produire des électrolytes, des métaux oxydés, des additifs et bien plus encore. Chaque type de poudre joue un rôle spécifique et chaque produit fini doit faire l'objet d'un grand nombre d'études et de tests pour s'assurer de sa conformité et de sa fiabilité.