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Matériaux pour le stockage de l’énergie électrique Prof. Abderrahim Aatiq Univ. Hassan II-Mohammedia Fac. Sci. Ben M’sik Casablanca L’École thématique ECOMEC- ECOMAT Bouznika : 11-15 Mai 2010

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Matériaux pour le stockage de l’énergie électrique

Prof. Abderrahim Aatiq

Univ. Hassan II-Mohammedia Fac. Sci. Ben M’sik Casablanca

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I- Généralités et problématique du stockage de l’énergie électrique

I- A. Production d'électricité et énergies

I- B. Stockage et conversion de l’énergie

- Stockage indirect de l’énergie électrique

II- Généralités sur Les générateurs électrochimiques

Exemple: Conversion réciproque énergie mécanique / énergie électrique

Conversions électrochimiques au cours des charges et de décharges

II A- les générateurs électrochimiques primaires ou piles

II B- les générateurs électrochimiques secondaires ou accumulateurs

Schéma et fonctionnement d’une pile conventionnelle

Pile Daniel; pile bouton au lithium;…

II B 1- Principe de fonctionnement d’une batterie au plomb-acide

II B 2- description d’une batterie au plomb-acide

II-C Grandeurs caractéristiques d’un accumulateur II-D Quelques types d'accumulateurs

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Un peu d’ Histoire sur ‘’batteries au lithium’’

III- Les batteries Lithium -ion Exemples d’électrodes positive et négative

III-A Fonctionnement d’une batterie Lithium -ion

performances d’un générateur

III-B– Matériaux pour le stockage d’énergie

III-C –Synthèse de Matériaux d’intercalation pour stocker de l’énergie 1- synthèse à haute température

2- synthèse à température ambiante

- Caractérisation des Matériaux par diffraction de RX

III-D –Tests effectués sur les Matériaux destinée pour stocker de

l’énergie –au laboratoire- - Schéma de la cellule utilisée pour les tests électrochimiques

III- E –Présentation des piles au lithium dans le commerce

1-! Penser économie et ‘’confort’’ 2- ! Penser Sécurité

3- ! Penser environnement et Développer le recyclage

Conclusion

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I- Généralités et problématique du stockage de l’énergie électrique

I- A. Production d'électricité et énergies

Actuellement la demande mondiale en énergie

augmente de 2% par an

Elle a tendance à diminuer dans les pays

industrialisés, mais elle augmente très

fortement dans les pays émergents (Chine,

Brésil, Mexique..)

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Pour les états, l‘indépendance énergique est

stratégiquement et économiquement essentielle.

Pour les individus et les entreprises, une énergie

disponible à la demande, sans coupure, est un

confort et une commodité pour la production.

En réalité, la "production d'énergie" n'est que la

transformation d'un stock d‘énergie potentielle

(charbon, eau stockée en hauteur, matière fissible..)

en une énergie directement utilisable pour un

travail (électricité, travail mécanique).

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La production mondiale est basée sur les ressources

fossiles qui sont le charbon, le pétrole et le gaz.

90 % de l'énergie provient de ces gisements.

Cependant, les réserves en ces énergies sont limitées, et

elles sont de plus en plus rares et plus dures à extraire.

On prévoit l'épuisement des réserves de pétrole autour

de 2040. Raffinerie

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De plus, l'utilisation des ressources fossiles

est une des principales sources de dégradation de l'environnement

==> Aujourd'hui, Il est donc impératif de maîtriser

(c'est-à-dire produire et stocker ) des énergies

propres et renouvelables.

On commence à

Maîtriser:

l'énergie éolienne

(vent)

Parc éolien

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On commence à maîtriser:

l'énergie photovoltaïque (rayonnements Solaires)

On commence à maîtriser:

l'énergie hydroélectrique

(mouvements de l'eau),…

Panneaux

photovoltaïques

Barrage

hydroélectrique

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De plus, certaines énergies sont

intermittentes; c.a.d.

==> présence du vent pour énergie éolienne et

==> du soleil que le jour pour énergie solaire

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==> Énergie due aux marées Hydroliennes : qui utilisent la force des courants marins

! il faut donc être capable de stocker l'énergie produite, de manière à fournir une quantité constante d'électricité.

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Stocker de l'énergie c’est l'action qui

consiste à placer une quantité d‘énergie en

un lieu donné pour une utilisation ultérieure.

On s'intéressera à la création d’un stock

à partir d’une énergie déjà disponible

le terme "stockage d'énergie" est souvent

employé pour désigner le stockage de matière

qui contient cette énergie.

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I- B. Stockage et conversion de l’énergie

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Dans l'industrie le stockage de l’énergie:

dans des grands réservoirs de carburant,

des accumulateurs électriques, des lac de barrage; du bois ...

Réservoir de carburant Eau retenue dans un barrage

Stock de bois

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Mais ! ; L’Électricité une fois crée, est

plus difficile à stocker par rapport aux

autres formes d’énergie.

! ! On ne peut pas conserver l’électricité

dans un récipient comme le pétrole ou le

bois…

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! A retenir

==> les lois de la physique nous apprennent

qu’on ne peut stocker l’énergie électrique

que de façon indirecte pour la recréer à la

demande

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Donc; on ne peut pas stocker directement

l’énergie électrique

mais

on peut la transformer en d’autres formes

d’énergie potentielles (stockables) :

==> mécanique,

==> électrochimique,

==> thermique, etc.,

par des conversions réversibles, c-a-d

capables, par transformation inverse, de

recréer de l’énergie électrique.

Stockage indirect de l’énergie électrique

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Citons la conversion réciproque

énergie mécanique / énergie électrique ; dans

les centrales hydrauliques.

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Retenue

d’eau

barrage

Alternateur

turbine

vanne

Sortie d’eau

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Citons aussi les conversions électrochimiques au cours

des charges et de décharges dans les batteries

électrochimiques.

Du fait de cette propriété de réversibilité de conversion

==> on peut stocker indirectement de l’énergie électrique

sous forme d’énergie chimique; que l’on utilise quand aura

besoin

charge

décharge

soleil

charge décharge

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L'électricité est :

-transportée facilement (matériaux conducteurs),

-modulée rapidement (transformateurs) et

-peut être stockée (accumulateurs) ou

-convertie de diverses manières…..

-Ainsi ; ont été développé des systèmes

maximisant la quantité d'électricité stockée ou

accumulateurs, et

- des supercondensateurs qui permettent de

libérer une puissance maximale.

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II- Généralités sur Les générateurs électrochimiques

II A- On distingue les générateurs

électrochimiques primaires ou piles, qui sont

pas rechargeables.

II B- Les générateurs électrochimiques

secondaires ou accumulateurs, qui eux peuvent

être rechargés.

(La conversion d'énergie électrique en énergie chimiques n'est pas possible pour des raisons d'ordre

thermodynamique et cinétique)

( La transformation de l'énergie chimique en énergie électrique s'appelle la charge, tandis que la réaction inverse s'appelle la décharge ) Prof. Abderrahim Aatiq

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Rappel sur une pile conventionnelle

Une pile a pour rôle de convertir directement l'énergie chimique en énergie électrique.

A cette fin, deux composés (réactifs) sont nécessaires:

– un premier capable de céder facilement des électrons: le réducteur :

Red1 Ox1 + n e-

– un second avide d'électrons: l'oxydant.

Ox2 + n e- Red2

II-A Générateurs électrochimiques primaires

ou piles

E10 (Ox1/ Red1)

E20 (Ox2/ Red2)

Un courant électrique va être obtenu par transfert d'électrons

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Solution de sulfate de zinc (Zn2+ + SO4

2-) Solution de sulfate de cuivre (Cu2+ + SO4

2-)

Principe de fonctionnement de la pile Daniel :

l’électrode négative

Zn (métal) Zn2+ (solution)+2 e-

l’électrode positive

Cu2+(solution) + 2 e- Cu (métal)

le pont salin (KCl) rétablit la neutralité électrique des solutions)

e-

- +

E0 = 0.522 V E0 = - 0.763 V

Un peu de chimie !

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20 Schéma d'une pile conventionnelle

Zn + 2 OH- Zn(OH)2 + 2 é

MnO2 + H2O + 1 é MnOOH + OH-

(MnO2 + POUDRE DE CARBONE)

+

-

Electrolyte en potasse caustique

KOH

Collecteur de courant

e-

e-

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Transformation de

l'énergie chimique en énergie électrique

.

.

.

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.

Électrode négative

Électrode positive

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PRINCIPE D’UNE PILE

Au pôle moins d’une pile il y a toujours

un métal: du zinc dans les piles rondes, et du lithium dans les

piles bouton.

Le pôle plus est constitué d’oxyde de

manganèse ou plus rarement d’oxyde

d’argent et d’oxyde de mercure.

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!!! Contrairement à une combustion,

les réactifs ne peuvent être mélangés et sont séparés par

un électrolyte (solution de potasse caustique

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LA PILE BOUTON au LITHIUM

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! Détails : (voir la partie

accumulateurs au lithium)

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Les générateurs électrochimiques secondaires ou

accumulateurs, peuvent être rechargés.

l’élément de base d’une batterie est composée:

de 2 électrodes (une positive, une négative:

cathode et anode) et d’un électrolyte avec

lequel ces électrodes sont en contact.

II- B Les générateurs électrochimiques

secondaires ou accumulateurs

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Les batteries au plomb fonctionnent avec une :

-électrode de plomb métal Pb et

-une électrode d’oxyde de plomb PbO2 ;

-l’électrolyte : est de l’acide sulfurique

dilué H2SO4

II B 1- PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D’UNE

BATTERIE au plomb-acide

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Pendant la décharge : on a une oxydation du plomb à l‘ANODE libérant ainsi des

électrons (l'électrode diminue de volume).

Les e- arrivent à la CATHODE où il y a une réduction

de l'oxyde de plomb qui se transforme en ions Pb2+

(diminution de la couche d'oxyde de Plomb).

R

2e-

PbO2

2e-

Pb

E0= 1.685 V E0=- 0.356 V

SO42- SO42-

H+

H+ PbO2 Pb

Réduction PbO2 + 4 H+ + 2 e- = Pb2+ + 2 H2O

Oxydation Pb = Pb2+ + 2 e-

CATHODE ANODE

Pb2+ Pb2+

e-

séparateur

e-

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Pendant la charge : on a Un générateur qui

est branché aux bornes de l'accumulateur.

On observe une oxydation à l‘ANODE (qui permet de

reformer une couche d'oxyde de plomb PbO2 , et

une réduction à la CATHODE qui permet de reformer

l'électrode de plomb Pb

SO42- SO42-

H+

H+ PbO2 Pb

Panneau solaire

(par exemple)

Réduction

Pb2+ + 2 e- = Pb Oxydation

Pb2+ + 2 H2O = PbO2 + 4 H+ + 2 e-

CATHODE ANODE

2e-

Pb2+

PbO2

2e-

Pb2+ Pb

e- +

séparateur

e-

E0 =1.685 V E0 = - 0.356 V

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le terme « batterie» désignait un assemblage

de plusieurs couple d’électrodes positives et

négatives, montés en série et / ou en

parallèle : il s’agissait d’une batterie

d’accumulateurs.

au milieu de chaque couple est placé un

séparateur.

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II B 2- DESCRIPTION d’une BATTERIE

au Plomb-acide

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PbO2

Pb

H2SO4 dilué

SChéMa D’UNE BaTTERIE au plomb-acide

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Électrode

positive

Électrode négative

Solution Électrolyte

Bac en plastique

Pole positive Pole négative

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Une batterie au plomb est constituée par un

ensemble d'accumulateurs.

La tension nominale d'un accumulateur étant

d'environ 2.1 V (soit fem=1.685-(-0.356)=2.04 V),

une batterie de 12 V est constituée de

6 accumulateurs montés en série et reliés par

des connexions en plomb soudées.

Ces accumulateurs sont logés dans un bac, le

plus souvent en plastique ( polypropylène,

ABS...),

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==> Électrodes positives

Ce sont des grilles, en alliage binaire ou ternaire

de plomb

( Pb-Sb, Pb-Sn, Pb-Ca, Pb-Sb-As...) dont les

alvéoles sont remplis d'une pâte poreuse de

PbO2 (matériau actif aux électrodes positives).

Les éléments d'alliage permettent d'améliorer les propriétés mécaniques

des grilles et ont une influence sur les performances des batteries.

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Électrode positive PbO2

Électrode négative

Séparateur

poreux

Pb

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==>Electrodes.négatives

Ils sont comparables aux grilles positives, sont

remplies de plomb métalliques très poreux

(matériau actif aux électrodes négatives) : on

parle d'éponge de plomb métalliques.

! Les électrodes sont souvent appelées « plaques » en raison de leur forme

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Électrode négative Pb

Électrode positive

Séparateur

poreux

PbO2

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==> Séparateurs

évite le contact entre électrodes positives et

négatives,

Les séparateurs sont le plus souvent constitués

par un feutre de fibres cellulosiques protégées par

une résine ou encore par du chlorure de polyvinyle

fritté ou des feutres en fibre de verre

* possèdent des qualités remarquables :

- isolant électrique parfait

- grande perméabilité aux ions

- barrière pour les particules de matières

- porosité élevée

- excellente tenue à l'acide sulfurique

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Grandeurs caractéristiques :

Suivant la technologie utilisée on aura des tensions plus ou moins grandes. Mais un accumulateur est pour l'essentiel défini par trois grandeurs :

•Sa densité d'énergie massique (ou volumique), en watt-heure par kilogramme, Wh/kg (ou en watt-heure par litre, Wh/l), Donc cela correspond à la quantité d'énergie stockée par unité de masse (ou de volume) d'accumulateur.

II-C. CARACTERISTIQUES D’UN ACCUMULATEUR

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Grandeurs caractéristiques : (SUITE)

•Sa densité de puissance massique, en watt par kilogramme (W/kg), * Sa cyclabilité, exprimée en nombre de cycles, caractérise la durée de vie de l'accumulateur,

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0.0 0.1 0.2 0.3

2.5

3.0

3.5

Y

V(V)

de cyclages d’une batterie

Li//LiyMn0.25Ti2(PO4)3

j=20uA/cm2

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II-D Quelques types d'accumulateurs

Jusqu'à la fin des années 80, les deux principales

technologies répandues sur le marché étaient:

- les accumulateurs au plomb (pour le démarrage

de véhicules, l'alimentation de secours de centraux

téléphoniques...) et

- les accumulateurs nickel-cadmium : ou Ni-Cd

utilisant de l'oxyhydroxyde de nickel et du cadmium comme

électrodes. (outillage portable, jouets, éclairage de

secours...).

-Les inconvénients relevés sur la technologie au

plomb (poids, fragilité, utilisation d'un liquide corrosif

H2SO4) ont conduit au

==> développement d’accumulateur alcalins, de

plus grande capacité (quantité d'électricité restituée

à la décharge)

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-Nickel - cadmium (Ni - Cd), 50 Wh par kg

Oxydation de l’anode / libération de 2 électrons

Cd + 2OH- ==> Cd(OH)2 + 2e-

Réduction de la cathode / absorption de 2 électrons

2NiOOH + 2H2O + 2e- ==> 2Ni(OH)2 + 2OH-

Réaction globale d’oxydo-réduction / Transfert de 2

électrons2NiOOH + Cd + 2H2O + ==> 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2

-Lithium polymère (Li - Po), 120 Wh par kg

-Lithium - vanadium, + de 300 Wh par kg,

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37

Type de batterie

Énergie massique

Wh/kg

Tension d'un

Élément

V

Durée de vie (nombre de recharges)

Temps de charge

heures

auto- décharge

par mois

Plomb 30-50 2 V 200-300 8-16 h 5 %

Ni-Cd 48-80 1,25 V 1 500 1 h 20 %

Ni-Mh 60-120 1,25 V 300-500 2-4 h 30 %

Li-ion 110-160

3,7 V 500-1 000 2-4 h 10 %

Li-Po 100-130

3,7 V 300-500 2-4 h 10 %

Tableau comparative de quelques caractéristiques des batteries

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38 ! La majeure partie des batteries de nos appareils sont des batteries de technologie Lithium-Ion

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39

Ce sont les Américains, dès 1912, qui ont

commencé à travailler sur les batteries au Lithium,

en la personne du chimiste Gilbert Newton Lewis

Les premières piles utilisant cette technologie ont été commercialisées dans les années 1970

Vers 1992 ‘’Sony‘’==> véritable révolution commercialisation des batteries au lithium

Un peu d’ Histoire sur ‘’batteries au lithium’’

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==> Le développements de l électronique portable :

- Micro-ordinateurs

-Téléphones mobile

-Caméscopes. .etc..

-Perspectives d’un marché pour la voiture

électrique ou hybride

==> Ont suscité une forte demande des batteries

rechargeable de haute densité d’ énergie

==>Pour une faible masse et un encombrement

réduit

Ainsi de nouveaux types d’accumulateurs sont

apparus sur le marché : des batteries au lithium Prof. Abderrahim Aatiq

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• ==> En parallèle avec cela; et en relation ’’bien sur’’ avec les problèmes de stockage électrochimique de l’énergie.

• ==> L’étude des réactions d’intercalation d’éléments alcalins (Li; Na;..) connaît un succès considérable

==>

Li+ e-

Matériaux

Matériaux pour Stocker l’énergie

En effet, si l’on désire stocker des quantités

importantes d’électrons dans un Matériau donné,

il est indispensables d’intercaler dans sa

structure un nombre équivalent d’ions positives

afin de compenser les charges. Prof. A. Aatiq

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42

La quasi-totalité des batteries lithium-ion

pour application portable utilise

-une électrode positive de LiCoO2 et

-une électrode négative a insertion à base de Carbone LixC6

-L’électrolyte étant constitué d ’un sel de lithium LiPF6 (conducteur ionique et isolant)

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III- Les batteries Lithium -ion

! Si l électrolyte est remplacé par une matrice polymère solide-polyfluorure de vinylidène-: on les appellent ces

batteries lithium-ion polymère (Li-ion Po)

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43 Gammes de potentiel accessibles par des électrodes

utilisées dans les accumulateurs lithium ion.

Exemples d’électrodes positive et négative

électrodes négative

électrodes positive

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Représentation schématique d’une batterie au lithium

désintercalation

Charge

intercalation

Décharge

xLi xLi+ + x e-

<H> + xLi+ + x e- Lix<H>

Lix<H> <H> + xLi+ + x e-

xLi+ + x e- xLi

<H> Li Li <H>

III-A Fonctionnement d’une batterie Lithium -ion

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État initial déchargé

électrolyte électrolyte

C LiC6 CoO2 LiCoO2

charge

Schéma d’une batterie au lithium ‘’cas de LiCoO2 ’’

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• Les performances d’un générateur sont caractérisés généralement par :

• *** sa capacité Q exprimée généralement en Ampère heure (Ah), elle est donnée par la formule : F*m

• Q = I*t = * x

• 3600*M

• I : est le courant qui traverse le générateur en Ampère (A) ;

• t : est la durée de passage du courant en heure(h) ;

• m : la masse du matériau actif en gramme (g) ;

• M : la masse molaire du matériau actif en gramme (g) ;

• F : le nombre de faraday en coulomb (96500C).

• Cette formule permet donc de déterminer la quantité de lithium intercalé, x, par simple coulométrie

Q : élevé pour ==>

M: le plus faible possible x: important

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III B– Matériaux pour stockage de l’ énergie

-Dans un générateur électrochimique, la

réalisation d’une cathode nécessite :

- ==> un matériau qui possède à la fois une

bonne conductivité ionique

! ! Voir la structure

du matériaux

Page 48: Matériaux pour le stockage de l'énergie électrique ; Pr. A. Aatiq ...

48

• III B– Matériaux pour stocker de l’ énergie

(suite)

Concernant la structure du matériaux

• Les paramètres essentiels à considérer sont :

L’existence de tunnels

L’interconnexion de ces tunnels

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Prof. Abderrahim Aatiq Fac. Sci. Ben M’sik Casablanca

Page 49: Matériaux pour le stockage de l'énergie électrique ; Pr. A. Aatiq ...

49

Site M1

Site M2

Enchaînement des différents sites cationiques, au sein du

phosphate Li3Ti2(PO4)3

!!(Les traits gras schématisent les tunnels interconnectés)

Page 50: Matériaux pour le stockage de l'énergie électrique ; Pr. A. Aatiq ...

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III B– Matériaux pour stockage de l’ énergie

(suite)

• Concernant la structure du matériaux

• des plans de diffusion

L’adaptation de leur taille à celle de l’ion mobile

d

LixV2O5

Page 51: Matériaux pour le stockage de l'énergie électrique ; Pr. A. Aatiq ...

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Structure de LiCoO2 2D

Li

CoO6

d

Exemples

LiFePO4

3D

Li

FeO6

PO4

Prof. Abderrahim Aatiq

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III.B– Matériaux pour stockage de

l’énergie (suite) • Dans un générateur électrochimique, la réalisation d’une cathode nécessite :

- un matériau qui possède à la fois une bonne conductivité ionique et

- une conductivité électronique acceptable ou

- au moins un élément chimique susceptible

de présenter une valence mixte.

- Exemple:

==> Choix dans TABLEAU des éléments

M3+ + e- M2+

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Cu Zn

Tl Pb Bi Po At Rn

Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni

Cs Ba

Ag Cd Y Sr Nb Mo Tc Ru Rh Pd

Fr Ra

Au Hg

Ce Pr Nd Pm Sm Eu

La Hf Ta W Re Os Ir Pt

Th Pa U Np Pu Am

Ac

B C N O F Ne

Al Si P S Cl Ar

Ga Ge As Se Br Kr

In Sn Sb Te I Xe

He

Li Be

Na Mg

K Ca

Rb Sr

H

Gd Tb Di Ho Er Tm

Cm Bk Cf Es Em Md

Yb Lu

No Lr

Tableau périodique des

éléments

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capacité Q : élevé pour M: le plus faible possible

LiFePO4 LiCoO2 Prof. A. Aatiq

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III C – Exemples de Synthèse de Matériaux

d’intercalation pour stocker de l’énergie

L’élaboration des matériaux peut être divisées en deux grandes étapes

• 1- synthèse à haute température :

• La première étape est consacrée à la

synthèse du matériau d’intercalation.

généralement réalisée à haute température,

• -soit à l’air,

• -soit sous atmosphère contrôlée (sous

hydrogène ou sous oxygène ou sous Argon

selon les cas).

Page 55: Matériaux pour le stockage de l'énergie électrique ; Pr. A. Aatiq ...

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+ ½ Li2CO3 NH4H2PO4 Fe(CH3COO)2

Four à 750°C sous Argon

Réaction à l’état solide

(Haute température)

LiFePO4 NH3 + H2O +1/2 CO2

Page 56: Matériaux pour le stockage de l'énergie électrique ; Pr. A. Aatiq ...

56

2- synthèse à température ambiante :

-les synthèses sont effectuées à température ambiante dans une atmosphère contrôlée

- La synthèse met en jeu des énergies particulièrement faibles

(elle est réalisable à des températures peu élevées)

- En résumé, dans une réaction de « chimie douce », la structure du matériau final se

‘’souvient’’ de celle du matériau

d’intercalation de départ.

Page 57: Matériaux pour le stockage de l'énergie électrique ; Pr. A. Aatiq ...

57 Phosphate X2(PO4)3

+ Li

+ Li

PO4

Phosphate LiX2(PO4)3

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58

2- synthèse à température ambiante :

-Au cours de cette étape,

-les synthèses sont effectuées à température ambiante dans une atmosphère contrôlée

) Boite à gant (atmosphère contrôlée)

Page 59: Matériaux pour le stockage de l'énergie électrique ; Pr. A. Aatiq ...

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Agitation

Produit

ajout

Exemple de Synthèse à température ambiante

LiTi2(PO4)3 + nBuLi Li3Ti2(PO4)3

n-BuLi

Boite à gant (atmosphère contrôlée)

Agitation

Produit

ajout

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Analyse et caractérisation par diffraction des RX Tube RX

Porte échantillon

détecteur

Spectre de RX simulé

Spectre RX +

Simulation (Rietveld)

Ques.?? ==> Rep. structure

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III D –Tests effectués sur les Matériaux

destinée pour stocker de l’énergie

Pour qu’un matériau soit utilisable comme électrode positive, il doit présenter :

• *Une conductivité mixte (ionique et électronique)

• *Une bonne réversibilité de la réaction d’intercalation/ désintercalation.

• *Une faible évolution structurale au cours de la réaction électrochimique.

• *Un large domaine d’intercalation/ désintercalation pour une faible masse molaire.

Page 62: Matériaux pour le stockage de l'énergie électrique ; Pr. A. Aatiq ...

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1,0 1,5 2,0 2,5 3,01,5

2,0

2,5

3,0

3,5

Y

V(V) Li / LiClO4 / Li3Ti2(PO4)3

Exemple de test de cyclage sur Li3Ti2(PO4)3

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Pastille: 90% Matériau + 9 % Carbone +

1 % Teflon

Li métal

Papier poreux

imbibé d'électrolyte

liquide LiClO4

+

-

Cellule en Teflon

Schéma de la cellule utilisée pour les tests électrochimiques

Test du laboratoire

Pile bouton au Lithium

Principe

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La chaîne électrochimique se présente comme suit :

Li métal / LiClO4 + carbonate de propylène /

matériau d’électrode (ketjenblack+suie) • Le potentiel d’équilibre d’une pile à composé

d’intercalation varie avec son état de décharge.

1,0 1,5 2,0 2,5 3,01,5

2,0

2,5

3,0

3,5

Y

V(V)

Li / LiClO4 / Li3Ti2(PO4)3

Exemple de test de cyclage sur Li3Ti2(PO4)3

Page 65: Matériaux pour le stockage de l'énergie électrique ; Pr. A. Aatiq ...

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Cas d’une batterie avec LiFePO4 électrode positive

et Li4Ti5O12 comme électrode négative

Page 66: Matériaux pour le stockage de l'énergie électrique ; Pr. A. Aatiq ...

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Anode

Cathode

Séparateur Batterie Li-

ion de forme

cylindrique

! les couches de séparation, en polyéthylène. - en cas de surchauffe de la batterie; Ces couches possèdent des pores qui ont la faculté de se fermer à 130°C, permettant de stopper toute réaction chimique

III- E –Présentation des piles au lithium dans le commerce

Page 67: Matériaux pour le stockage de l'énergie électrique ; Pr. A. Aatiq ...

67

placées en série ou en parallèle

Dans Les batteries de 8 cellules ..

Une batterie est composée

de plusieurs éléments

appelés accumulateurs. qui

ont la forme d'une pile

classique (un cylindre),

Batterie Li-ion

Page 68: Matériaux pour le stockage de l'énergie électrique ; Pr. A. Aatiq ...

68

1-! Penser économie et ‘’confort’’

2- ! Penser Sécurité

3- ! Penser environnement et Développer le recyclage

Conclusion

Matériaux pour stocker l’énergie

Trois messages:

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Conclusion

1-! Penser économie et ‘’confort’’

- les batteries sont maintenant un des moyens de stockage d’énergie les plus prometteurs. -Enfin, ces accumulateurs sont non seulement

une énergie de substitution au pétrole, mais

- aussi des systèmes indispensables à certaines technologies sensibles

-Matériaux Stockent l’électricité produite par les énergies renouvelable ‘’propres’’

Prof. A. Aatiq

Page 70: Matériaux pour le stockage de l'énergie électrique ; Pr. A. Aatiq ...

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2- ! Penser Sécurité

Une batterie est un élément fragile et capricieux. Vous ne devez jamais : • ouvrir une batterie ==> ! Danger

• tenter de réparer une batterie

• utiliser un chargeur qui n'est pas celui d'origine

• utiliser des batteries non certifiées ou inadaptées

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3- ! Penser environnement et Développer le recyclage

-Certains matériaux sont polluants, voire

toxiques, et sont difficiles à recycler, ce qui

présente un problème, tel que le cadmium; le

cobalt; le Plomb……

- Penser à des métaux de substitution moins toxique

- Ne jamais jeter dé librement une pile

ou une batterie dans la nature

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Page 72: Matériaux pour le stockage de l'énergie électrique ; Pr. A. Aatiq ...

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Matériaux pour le stockage de l’énergie électrique

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Univ. Hassan II-Mohammedia Fac. Sci. Ben M’sik Casablanca

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