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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/cm3) 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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Accumulateurs lithium-ion
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5. Accumulateurs à anode de lithium métallique et électrolyte liquide
5.1 Premières réalisations
Le premier accumulateur à anode de lithium commercialisé date des années 1980. La figure 10 en donne une vue éclatée. Les électrodes et le séparateur sont des feuilles minces enroulées en spirale. L’anode est en lithium métal, la cathode à base de sulfure de molybdène, l’électrolyte est une solution de LiAsF6 dans du carbonate de propylène. Le processus de charge-décharge se fonde sur l’insertion-désinsertion de l’ion lithium dans le sulfure de molybdène, conformément à une réaction comparable à [1] :
Ces accumulateurs ont une énergie spécifique de 50 Wh/kg et une durée de vie de l’ordre de 400 cycles charge-décharge.
Un modèle plus récent ne diffère du précédent qu’au niveau du solvant, puisqu’il met en œuvre un mélange de CE et de CP. Ce qui vient d’être écrit au paragraphe 4 sur le rôle des produits de réduction de AsF6, ainsi que sur celui d’une contrainte mécanique appliquée sur la surface de l’électrode de lithium, intervient certainement. Cela étant, les problèmes de sécurité ralentissent la commercialisation massive de ce type d’accumulateur.
Une autre structure a été mise en œuvre plus récemment (figure 11). Le matériau actif négatif est un alliage lithium-aluminium, l’électrode...
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