Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Cet article est dédié aux accumulateurs dits à haute température, de conception assez récente : sodium-soufre, anode de lithium, « zebra ». Ces dispositifs nécessitent un maintien en température largement au-dessus de la température ambiante, typiquement dans la fourchette 300 à 400 °C. La présence d’un liquide, soit électrode liquide, soit électrolyte secondaire liquide intercalé entre la céramique et l’électrode solide, est alors nécessaire pour conférer à la céramique une conductivité ionique suffisante.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Jack ROBERT : Professeur émérite à l’université Paris Sud XI
-
Jean ALZIEU : Ingénieur-chercheur à Électricité de France
INTRODUCTION
Les avantages du lithium en tant que matériau d’anode ont été abordés dans la présentation du dossier [D 3 354] « Accumulateurs au lithium ». Ces considérations concernent également le sodium dont le potentiel standard d’électrode est bas (– 2,714 V/ENH, tableau 1 du dossier [D 3 351] « Considérations théoriques ») et la masse volumique faible (0,97
). Enfin, la température de fusion du sodium (98 ˚C) est inférieure à celle du lithium (180,5 ˚C). Il apparaît donc que ces deux métaux sont, a priori, d’intérêt à peu près comparable. La promotion du sodium résulte de la découverte de céramiques inertes vis-à-vis de cet alcalin, autorisant la circulation de l’ion sodium. Ces céramiques sont communément appelées alumine
.
On sait que les métaux alcalins réagissent violemment avec l’eau, si bien que s’impose l’emploi d’électrolytes non aqueux. Deux solutions sont aujourd’hui mises en œuvre, soit un milieu liquide constitué de sels fondus, soit, dans le cas du sodium, un milieu solide du type alumine β. En toutes circonstances, la température de l’accumulateur doit être maintenue largement au-dessus de la température ambiante, typiquement dans la fourchette 300 à 400 ˚C, qu’il s’agisse d’atteindre la zone de fusion des sels ou de conférer à la céramique une conductivité ionique suffisante. Dans ce dernier cas, le contact entre le matériau d’électrode et la céramique impose la présence d’un liquide. Il faut donc soit, un matériau d’électrode liquide, soit un électrolyte « secondaire » liquide intercalé entre la céramique et l’électrode solide. Les accumulateurs réalisés selon ces principes, appelés « accumulateurs (à) haute température », sont de conception récente. Les travaux relatifs à certains d’entre eux n’ont pas été poursuivis devant l’ampleur des difficultés rencontrées.
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Accumulateurs « haute température » à anode de lithium
En anglais
4. Accumulateur « Zebra »
La plupart des difficultés rencontrées sur l’accumulateur sodium-soufre sont apparues au niveau de la cathode. Elles sont dues, pour l’essentiel, au caractère isolant du soufre, à sa volatilité et aux températures de fusion élevées des polysulfures de sodium. Il en est résulté diverses tentatives pour associer au couple sodium liquide-alumine β un matériau actif positif plus pratique d’emploi. La mise en œuvre, vers 210 ˚C, d’un mélange fondu de trichlorure d’antimoine SbCl3 et de tétrachloroaluminate de sodium NaAlCl4 n’a pas débouché, mais s’est révélée riche d’enseignements. Ces travaux ont conduit à un nouveau type d’accumulateur, constitué d’une anode de sodium liquide, d’un électrolyte primaire d’alumine β, dont l’autre face est mouillée par un mélange de tétrachloroaluminate de sodium à l’état fondu et d’un chlorure de métal de transition insoluble dans NaAlCl4 fondu. Cet accumulateur est appelé « Zebra ». Il s’agit là d’un acronyme pour Zero Emission Battery Research Activity. L’accumulateur « Zebra » est donc décrit par la formule :
où M désigne un métal de transition.
Les travaux se sont focalisés sur NiCl2 et FeCl2. Dans le cas de FeCl2, peu onéreux, la fem à vide est 2,35 V. Mais il se forme en surcharge FeCl3, soluble dans le tétrachloroaluminate de sodium. Le composé NiCl2, plus cher, conduit à une fem plus élevée, (2,58 V) tandis que les processus électrochimiques sont plus simples. Les premières réalisations impliquaient FeCl2, mais l’emploi de NiCl2 s’imposa ensuite [54]. C’est donc le système Na-NiCl2 qui est présenté ci-dessous, en premier lieu du moins, car il est apparu plus récemment que l’on peut atteindre une puissance impulsionnelle élevée, en mettant en œuvre à l’électrode positive, un mélange des deux chlorures [55].
4.1 Structure de l’accumulateur « Zebra » et processus électrochimiques
La figure 8...
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Accumulateur « Zebra »
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - * - Pour faciliter la recherche des documents cités, les références bibliographiques concernent, pour l’essentiel, le « Journal of power sources » (J. Power Sources), le « Journal of the Electrochemical Society » (J. Electrochem. Soc.) et les actes du Colloque Gaston Planté 2000 (Paris, 30-31 octobre 2000). L’éditeur du « Journal of power sources » est Elsevier (Amsterdam), son adresse électronique est la suivante : http://www.sciencedirect.com/science/ journal/03787753. L’éditeur du « Journal of the Electrochemical Society » est l’« Electrochemical Society » (New York). Le colloque Gaston Planté 2000 a été organisé conjointement par la Société française de chimie (250 rue Saint Jacques, 75005 Paris) et la Société française de thermique. Quelques travaux de thèse sont également cités. Les bibliothèques universitaires détiennent les mémoires originaux.
-
(2) - VINCENT (C.A.), SCROSATI (B.) - Modern Batteries - (Piles et accumulateurs modernes). p. 340 ; 1997 John Wiley and Sons Inc., NY.
-
(3) - LINDEN (D.) - Handbook of Batteries - (Traité sur les piles et accumulateurs). p. 1149 ; 1994 MacGraw Hill Inc., NY.
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(4) - ATKINS (P.W.) - Éléments...
ANNEXES
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