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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 « plastique »
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7. Accumulateurs lithium-polymère
Dans un accumulateur lithium-polymère, l’électrode négative est un film mince de lithium, l’électrode positive, un composé d’insertion réversible, choisi parmi ceux pour cathode « basse tension » (V6O13, LiV3O8, TiS2) ou « haute tension » (LiMn2O4), l’électrolyte, enfin, un polymère, tel le poly-oxyde d’éthylène, chargé en ions lithium (POE – LiX). Si donc, la présence d’une anode de lithium conduit à envisager des performances spécifiques élevées, deux difficultés sont à prévoir, le risque de dendrites associé à l’électrode de lithium et la nécessité de fonctionner à une température de l’ordre de 80-100 ˚C, pour que la conductivité ionique de l’électrolyte soit suffisante. Généralement, et de façon à améliorer le contact avec l’électrolyte, l’électrode positive n’est pas constituée du seul composé d’insertion et est élaborée de la façon suivante. Le composé d’insertion est mélangé, par mise en œuvre de techniques d’enrobage, à du carbone et de l’électrolyte de façon à former un matériau plastique. Celui-ci est déposé sur une feuille métallique qui intervient à la fois comme renfort mécanique et collecteur électrique. Dès lors, le futur accumulateur se présente sous la forme de trois feuillets superposés
où AxBy désigne, comme dans les précédents paragraphes, le matériau d’insertion. Cet ensemble est laminé de façon à être transformé en une structure unique, souple, de quelques centaines de micromètres d’épaisseur. Les accumulateurs lithium-polymère sont, de ce fait, dits « tout solide ». Il en résulte quelques avantages, résistance aux accidents mécaniques (chute, heurt, vibrations...), absence de risques de fuite de liquide ou de gaz. La souplesse de l’ensemble tricouche autorise la réalisation de cellules de formes et de structures internes variées, souvent installées dans des conteneurs de plastique léger et auxquelles correspondent des...
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