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Auteur(s)
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Christian SARRAZIN : Spécialiste des sources d’énergie électrochimique - Ancien Chef de la division chimie électrochimie à la Délégation générale pour l’armement / Direction des recherches études et techniques (DGA/DRET)
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Le lithium, qui a le potentiel le plus négatif et la plus forte capacité massique des matériaux d’anode solides, est apparu comme le métal permettant d’atteindre les plus hautes énergies massiques dans les piles, lorsqu’il est associé à une cathode de potentiel élevé.
Le nombre des différentes piles au lithium est important, car les recherches de cathodes adaptées à l’obtention de bonnes performances a conduit à examiner beaucoup de matériaux. Cette variété des matériaux de cathodes s’explique par la possibilité d’étudier des combinaisons de plusieurs éléments : oxydes ou sulfures de métaux de transition, halogénures, oxyhalogénures, carbones, certains composés organiques, etc. Ces piles, qui ont une cathode soit solide (Li/CuO, Li/MnO 2, Li/CFx, etc.), soit liquide (Li/SOCl2, Li/SO 2, etc.), et peuvent comporter un électrolyte solide dans certains cas, n’ont pas toutes abouti à des fabrications industrielles importantes.
L’utilisation de ces piles est sans cesse croissant, notamment dans les applications portables ou portatives, pour lesquelles la compacité de la source d’énergie est un point crucial.
Seules les piles qui ont fait l’objet de fabrications industrielles significatives seront examinées en détail dans ce texte.
L’étude complète du sujet comprend les articles :
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D 3 320 – Piles électriques. Présentation générale ;
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D 3 321 – Piles électriques. Piles au zinc ;
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D 3 322 – Piles électriques. Piles au lithium (le présent article) ;
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D 3 323 – Piles électriques. Piles activables ;
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Doc. D 3 325 – Piles électriques. Pour en savoir plus.
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8. Autres piles au lithium
Les paragraphes précédents ont présenté les piles à anode de lithium qui ont été étudiées, développées, et qui sont actuellement fabriquées à travers le monde en quantités significatives. Cependant, beaucoup d’autres couples à anode de lithium ont été étudiés, développés et même fabriqués, même s’ils ne le sont plus actuellement ou le sont encore en très faible quantité pour certains.
8.1 Piles lithium-chromate d’argent
Ce couple a été développé pour les stimulateurs cardiaques ; il a notamment été étudié et fabriqué par la SAFT en France [12]. La faible solubilité des chromates dans les électrolytes organiques ainsi que l’absence de formation de complexes solubles dans ces milieux rend possible le stockage de ces piles ainsi que leur utilisation sur de longues durées, sans perte mesurable de leurs performances électriques. L’électrolyte est constitué de perchlorate de lithium dissous dans du carbonate de propylène à une concentration molaire.
La décharge de telles piles conduit à une courbe commençant avec un potentiel initial d’environ 3,2 V à faible régime et comportant plusieurs plateaux de tension au cours de la décharge ; ces différents plateaux correspondent aux divers stades de la réduction du matériau de cathode (2,70 V ; 2,45 V ; 2,05 V). Le mécanisme de décharge a été étudié de façon détaillée et s’est révélé relativement complexe, car il dépend principalement du régime avec lequel est effectuée la décharge [36] : lente, rapide.
Le schéma réactionnel global lors de la décharge peut s’écrire :
Ces piles ont été fabriquées dans des formats « bouton », de capacité variable en fonction de l’autonomie souhaitée par l’utilisateur.
Dans une évolution de cette technologie, le remplacement de chromate d’argent par le chromate mixte de bismuth et d’argent a été envisagé. Si la tension de décharge de cette nouvelle pile est très similaire à celle obtenue dans la précédente,...
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