Energies Renouvelables et Alternatives : Les Batteries au lithium
Les batteries lithium rechargeables ont considérablement évolué depuis les années 1990 .De nos jours, elles font partie intégrante du paysage de l’industrie électronique.
Les batteries Lithium (LIBs) sont des composants essentiels des appareils électroniques comme les téléphones portables, ordinateurs, tablettes, écouteurs de musique ou consoles de jeux. En effet, elles sont parfaitement compatibles avec l’exigence de « transport » de ces appareils grâce à leur longue durée de vie et un rapport poids, puissance élevé ( W / kg) permettant d’obtenir des batteries légères et compactes.
Principes de Base et Matériaux
Les batteries Lithium, comme toutes les autres batteries, sont fabriquées à partir de trois composants basiques : Deux électrodes (cathode et anode) et un électrolyte conducteur. Dans les LIBs, des cations monovalents de lithium migrent vers l’anode pendant des cycles de charge et vers la cathode pendant les cycles de décharge. (Figure 1),
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| Figure 1: Représentation schématique d’une batterie Lithium classique |
Les cathodes utilisées relèvent généralement de deux types de matériaux :
| • Des matériaux type LiCoO2 (Aldrich Prod. No. 442704 ), qui s’organisent en structures en couches de motifs Rhomboédriques permettant une diffusion bidimensionnelle et parallèle des ions Lithium. • Les LiMn2O4 (Aldrich Prod. Nos. 482277 and 725129 ) qui adoptent une structure à motifs spinelle et favorisent ainsi une diffusion en trois dimensions des ions. |
Les anodes LIB sont en général fabriqués à partir de matériaux carbonés :
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Enfin en terme d’ électrolytes nous proposons le LiBF4 (Aldrich Prod. No. 451622 ) ainsi que LiPF6 (Aldrich Prod. No. 405227 ).
Nouveaux matériaux et futures perspectives
La sélection judicieuse de matériaux pour la fabrication de cathodes et d’anodes est primordiale pour l’optimisation de cette technologie. Il devient donc indispensable de trouver de nouveaux matériaux présentant des propriétés supérieures aux matériaux actuellement utilisés. Des matériaux comme des oxydes de métaux type LiMn1.5Ni0.5O4 (Aldrich Prod. No. 725110 ), des metal phosphates comme les LiCoPO4 (Aldrich Prod. No. 725145 ).5 des Oxides comme le Li4Ti5O12 (Aldrich Prod. No. 702277 ) ou le SnO2 (Aldrich Prod. No. 549657 ) ont été identifiés comme des matériaux prometteurs.
En parallèle de l’identification de nouveaux matériaux, des efforts importants ont été faits dans les méthodes de fabrication des différents éléments. L’une des avancées les plus récentes étant la fabrication des composants des batteries à l’échelle nanométrique ou sous le micron à partir de matériaux comme le LiMn2O4 eLiCoPO4. Ces nouvelles batteries présentent deux avantages distincts :
• Des zones de contact plus importantes aux interfaces électrode – électrolyte
• Des distances de diffusions diminuées pour les ions LI+
Par ailleurs d’un point de vue mécanique, ces composants offrent une meilleure résistance à la fatigue et tolèrent des déformations plus importantes, déformations généralement induites par les changements volumétriques au cours de la charge
Pour plus d’informationsur l'offre "énergies alternatives"
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