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Alternative aux batteries au lithium
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ACTIVITÉ D'EXPLORATION


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Alternative aux batteries au lithium





En 2018, la start‑up française Tiamat a levé 3,6 millions d’euros pour finaliser la mise au point d’une nouvelle génération de batterie basée sur la technologie sodium‑ion.

➜ Quels métaux peuvent remplacer le lithium ?


Objectif

  • Justifier le caractère réducteur des métaux du bloc s.


Doc. 1
Batterie sodium‑ion de Tiamat

À l’instar des systèmes de stockage électrochimiques, la batterie Na‑ion est composée de deux électrodes (cathode et anode) et d’un électrolyte. Elle fonctionne sur le même principe qu’un accumulateur Li‑ion, sauf que ce sont des ions sodium qui circulent entre la cathode et l’anode. Le prototype de batterie 18 650 de Tiamat détient une densité d’énergie de 90 W⋅h⋅kg-1 et une durée de vie dépassant les 4 000 cycles. Le système Na‑ion de Tiamat a une espérance de vie de plus de dix ans (contre quatre ans pour des batteries Li‑ion) et sa charge/recharge est dix fois plus rapide.

Extrait d’Infochimie Magazine, février 2018.

Doc. 2
Alcalins

Un métal alcalin est un élément chimique de la première colonne du tableau périodique, à l’exception de l’hydrogène. Il s’agit de métaux du bloc s ayant un électron dans [leur couche externe] de valence.

D’après « Métal alcalin », Wikipedia.org.

Doc. 3
Impact écologique du lithium

Triangle du lithium en Amérique du sud

En Amérique du Sud, le triangle du lithium (Argentine, Bolivie et Chili) représente plus de la moitié de l’approvisionnement mondial en lithium.

Le lithium se terre sous des salines dans les nappes phréatiques du désert. Cette saumure est ensuite laissée dans des bassins pendant 12 à 18 mois. L’eau s’évapore et laisse apparaître un mélange de minéraux dont le précieux lithium, déjà surnommé « l’or blanc ». Si le procédé est peu coûteux et efficace, il utilise beaucoup d’eau. Dans le Salar de Atacama, au Chili, les activités minières ont consommé 6565 % des ressources en eau de la région. Pour produire 1 tonne de lithium, l’industrie consomme près de 2 millions de litres d’eau.

Doc. 4
Anode efficace

Une pile, ou une batterie lors de sa décharge, fournit de l’électricité grâce à une réaction d’oxydoréduction. Les électrons circulent de l’anode vers la cathode par le circuit extérieur. Une anode est une électrode capable de fournir facilement des électrons au système.

Supplément numérique

Télécharger le tableau périodique en cliquant ici.

Compétences

COM : Rédiger un compte rendu scientifiquement rigoureux

RAI/ANA : Construire un raisonnement

Questions

1. Donner les configurations électroniques des atomes de lithium et de sodium. Préciser la configuration électronique la plus stable de ces métaux alcalins.


2. En déduire la forme ionique des métaux alcalins dans la nature.


3. Dans le cas d’une batterie Li\text{Li}‑ion ou Na\text{Na}‑ion, préciser, en justifiant, si les métaux alcalins sous leur forme atomique constituent la cathode ou l’anode.


4. Expliquer pourquoi le sodium peut être utilisé en remplacement du lithium.


5. Lister les avantages à remplacer le lithium des batteries par le sodium.
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Synthèse de l'activité

Déterminer la propriété des métaux alcalins qui est exploitée dans les batteries.
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