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RÉSUMÉ
Cet article est consacré au système lithium-ion : intérêts, caractéristiques, points faibles et perspectives. Cette technologie permet des densités d’énergie élevées, d’où sa présence sur la marché des batteries portables, mais également des densités de puissance élevées, ce qui devrait lui assurer un rôle prépondérant dans le véhicule hybride et à terme un avenir florissant au sein de tous les générateurs électrochimiques.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Jack ROBERT : Professeur émérite à l’université Paris Sud XI
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Jean ALZIEU : Ingénieur-chercheur à Électricité de France
INTRODUCTION
Lensemble des considérations développées au paragraphe 1 ci-dessous désigne a priori le lithium comme l’un des tous premiers matériaux d’électrode. Cet élément présente un caractère réducteur particulièrement prononcé. Son potentiel, l’un des plus bas de ceux de tous les éléments (cf. tableau 1 du chapitre [D 3 351] « Considérations théoriques ») et plus généralement de ceux des matériaux d’anode connus, est égal à – 3,045 V/ENH. En associant le lithium à un oxydant, on peut disposer d’une énergie et d’une fem, supérieures à celles crées par la plupart des couples électrochimiques. En outre, la masse volumique du lithium (0,534 g/cm 3) est faible et, par voie de conséquence, sa capacité spécifique (3 860 Ah/kg) plus élevée que celle des matériaux d’anode en usage (par exemple : Cd, 477 Ah/kg). Dans les dossiers consacrés aux piles électriques du présent traité, l’auteur cite le couple lithium-fluor. Si l’on pouvait réaliser un générateur à l’aide de ces deux éléments, ce qui n’est pas le cas, celui-ci aurait une tension de l’ordre de 5,91 V et une énergie massique théorique de 6 106 Wh/kg. L’énergie massique pratique pourrait atteindre 1 500 à 2 000 Wh/kg. À titre de comparaison, pour un rendement de Carnot de 0,25, l’énergie massique pratique de l’essence est de 3 000 Wh/kg.
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- Version courante de nov. 2024 par Jolanta ŚWIATOWSKA, Domitille GIAUME
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8. Accumulateurs lithium-ion « plastique »
Il était inévitable que l’on tente d’appliquer aux accumulateurs lithium-ion les travaux et les résultats relatifs aux électrolytes polymères. Ces efforts ont conduit à l’accumulateur lithium-ion « plastique ». Il s’agit d’un accumulateur lithium-ion, au sein duquel on a remplacé l’électrolyte liquide par un électrolyte polymère, idéalement de caractéristiques voisines. Quelles sont les exigences en la matière ? Le film de polymère doit présenter une conductivité du même ordre que celle de l’électrolyte liquide, tandis que pour bénéficier des avantages d’un matériau plastique, il lui faut être souple mais mécaniquement résistant. On se doute toutefois que c’est au niveau des interfaces électrolyte-électrodes que doivent apparaître les difficultés les plus sévères, un bon contact électrique étant difficile à réaliser dans une configuration « tout solide ». Les travaux effectués à ce jour apportent d’intéressants compléments d’information. L’élaboration d’un électrolyte polymère possédant les qualités électriques et mécaniques requises apparaît comme un problème résolu. Par contre, il se révèle une sérieuse difficulté au niveau du contact entre l’électrolyte polymère et la négative à base carbone. Le mouillage de l’électrode poreuse qui se produit simplement quand cette dernière est immergée dans l’électrolyte liquide doit résulter d’une procédure particulière quand cet électrolyte est piégé dans une matrice polymère. Une voie s’avère prometteuse pour résoudre ce problème de mouillage. Il s’agit de mettre en œuvre un polymère capable de retenir un volume important d’électrolyte liquide. Tel est le cas d’un copolymère de fluorure de vinylidène et d’hexafluoropropylène dont le procédé d’élaboration a été mis au point par le laboratoire Bellcore (États-Unis) ([1], page 241).
L’hexafluoropropylène modifie l’état cristallin du fluorure de vinylidène en conférant à certaines zones une structure peu ordonnée, voire amorphe, où des vides sont susceptibles d’absorber du liquide, tandis que la fraction cristalline restante assure au milieu ses propriétés mécaniques. Le matériau est ainsi capable...
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