Batteries Li-ion , livre ebook

482

pages

Français

Ebooks

2020

Écrit par
Didier Bloch

Publié par
EDP Sciences

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Publié par

EDP Sciences

Date de parution

06 février 2020

Nombre de lectures

EAN13

9782759824106

Langue

Français

Poids de l'ouvrage

16 Mo

Grâce à l’amélioration de leurs performances et la diminution de leur coût de fabrication, les accumulateurs au lithium initialement commercialisés en 1991 par SONY pour alimenter les équipements portables, jouent désormais un rôle-clef dans le développement massif attendu de la mobilité électrique.

Connectées au réseau électrique via les véhicules électrifiés dans lesquels elles seront embarquées, les batteries au lithium seront de surcroît utilisées comme moyen massif de stockage tampon des énergies renouvelables, ainsi que comme outils de soutien au réseau (effacement des heures de pointe, régulation de fréquence…), permettant, au-delà de leur fonction première (assurer la mobilité du véhicule), de démultiplier leur utilité.

Ces évolutions vont profondément transformer nos sociétés, et permettre non seulement de réduire très significativement les émissions de CO2 et la consommation d’énergies fossiles (pétrole, gaz, charbon), mais également, si elles sont conduites et coordonnées efficacement, de contribuer à la croissance économique.

Le développement de la mobilité électrique offre ainsi une opportunité unique de faire coïncider des exigences légitimes de protection de l’environnement avec des objectifs de développement industriel.

Cet ouvrage a pour objectif d’offrir au lecteur une vue d’ensemble des technologies d’accumulateurs au lithium, de fournir un état des lieux des initiatives en cours dans le monde, et de dresser quelques perspectives pour l’avenir.

Chercheurs au CEA et au CNRS, les auteurs de cet ouvrage disposent, tous, d’une expertise fondée sur plusieurs années d’expérience dans le développement des filières d’accumulateurs au lithium et des filières post lithium-Ion, sur l’ensemble des éléments de la chaîne de la valeur, depuis le design et la synthèse des matériaux d’électrodes, jusqu’à l’intégration dans le véhicule.

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Date de parution

06 février 2020

Nombre de lectures

EAN13

9782759824106

Langue

Français

Poids de l'ouvrage

16 Mo

InterSections

Batteries Liion

Du présent au futur

Coordonné parDidier Bloch, Thierry Priem, Sébastien Martinet et Christian Ngô

Batteries Liion

Du présent au futur

Batteries Liion

Du présent au futur

Didier BLOCH, Thierry PRIEM, Sébastien MARTINET et Christian NGÔ

Imprimé en France

ISBN (papier) : 978-2-7598-2392-5 – ISBN (ebook) : 978-2-7598-2410-6

Tous droits de traduction, d’adaptation et de reproduction par tous procédés, réservés pour tous pays. La loi du 11 mars 1957 n’autorisant, aux termes des alinéas 2 et 3 de l’article 41, d’une part, que les « copies ou reproductions strictement réservées à l’usage prive du copiste et non destinées à une utilisation collective », et d’autre part, que les analyses et les courtes citations dans un but d’exemple et d’illustration, « toute représentation intégrale, ou partielle, faite sans le consente-er ment de l’auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite » (alinéa 1 de l’article 40). Cette représentation ou reproduction, par quelque procédé que ce soit, constituerait donc une contrefaçon sanctionnée par les articles 425 et suivants du code pénal.

Table des matières

Préface

Chapitre 1Introduction • Thierry Priem ; Sébastien Martinet ; Frédéric Le Cras ; Didier Bloch 1 Bref historique des piles et accumulateurs 2 Généralités sur les accumulateurs Li-ion Bibliographie

Chapitre 2 • Matériaux d’électrode positive des accumulateurs « lithiumion »David Peralta ; Fréderic Le Cras ; JeanBaptiste Ducros ; Carole Bourbon ; JeanFrançois Colin ; Sébastien Patoux 1 Matériaux d’électrode positive de structure « spinelle » 1.1 Description de la structure cristallographique spinelle 1.2 LiMn O (LMO), un matériau d’électrode « 4 volts » 2 4 à « bas-coût » pour accumulateurs de puissance 1.3 Les spinelles de manganèse fonctionnant à haut potentiel – spinelles « 5 volts » « LNMO » 2 Matériaux d’électrode positive de structure lamellaire 2.1 Généralités sur les oxydes lamellaires 2.2 Le « LCO » : LiCoO 2 2.3 Les NMC : LiNi Mn Co O x y z 2 2.4 Les « NCA » : LiNi Co Al O x y z 2 2.5 Les oxydes lamellaires surlithiés

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3 Matériaux d’électrode positive de structure olivine 3.1 LiFePO4 : principaux avantages et inconvénients 3.2 État de l’art mondial Bibliographie

Chapitre 3Matériaux d’électrode négative • C. Haon ; C. Barchasz ; P. Azaïs 1 Matériaux actifs d’électrode négative : différentes solutions 1.1 Intercalation 1.2 Conversion 1.3 Formation d’alliages 2 Carbone 2.1 Historique 2.2 Intérêt 2.3 Relations entre caractéristiques structurales et performances 3 Le silicium 3.1 Mécanismes de (dé)lithiation 3.2 Mécanismes de dégradation 3.3 Voies d’amélioration des matériaux 4 Lithium métal Bibliographie

Chapitre 4 • Matériaux d’électrode organiquesP. Poizot ; S. Sadki ; T. Gutel 1 Introduction 2 Les différentes familles de matériaux organiques 2.1 Systèmesp-étendus (polymères dits « conducteurs ») 2.2 Les radicaux stables 2.3 Organodisulfures & thioéthers 2.4 Fonctions carbonyles incorporées à un systèmep-conjugué 2.5 Amines aromatiques 3 Stratégies d’amélioration à l’échelle des matériaux 3.1 Greffage sur support inorganique ou organique 3.2 Structures organiques discrètes polyanioniques 4 Conclusion Bibliographie

Chapitre 5 • Électrolytes et séparateursJeanFrédéric Martin ; Djamel Mourzagh ; Thibaut Gutel ; Hélène Rouault 1 Électrolytes liquides

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1.1 Sels de lithium et solvants organiques 1.2 Sels de lithium et liquides ioniques 2 Séparateurs 2.1 Les propriétés des séparateurs 2.2 Le marché des séparateurs 2.3 Coût et sécurité Bibliographie

Table des matières

Chapitre 6 • Accumulateurs Naion : doiton/peuton remplacer le lithium ?Loïc Simonin ; Virginie Simone ; Sébastien Martinet ; Laure Monconduit 1 Problème posé 1.1 Ressources en lithium et coût des batteries Li-ion 1.2 Vers une batterie « 100 % éléments abondants » ? 2 Descriptif de la technologie/points difficiles à surmonter 2.1 Bref historique 2.2 Principe de fonctionnement 3 État de l’art dans le monde 3.1 Matériaux d’électrodes négatives 3.2 Matériaux d’électrodes positives 3.3 Électrolytes et interfaces 4 Performances en système complet 5 Perspectives 5.1 Approche bas coût 5.2 Approche haute puissance Bibliographie

Chapitre 7Accumulateurs métalsoufre • C. Barchasz ; F. Le Cras ; F. Perdu ; R. Dedryvère 1 Descriptif des technologies métal-soufre 1.1 Avantages et positionnement des accumulateurs métal-soufre 1.2 Fonctionnement des accumulateurs métal-soufre 1.3 Accumulateurs (Li,Na)-ion soufre 2 État de l’art et performances 2.1 Cartographie des acteurs 2.2 Compréhension des mécanismes mis en jeu 2.3 Stratégies de développement 2.4 Batteries métal-soufre à électrolyte solide 2.5 Acteurs industriels 3 Perspectives et applications Bibliographie

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Chapitre 8Accumulateurs « toutsolide » • F. Le Cras ; V. Tarnopolskiy ; C. Barchasz ; R. Bouchet ; D. Devaux 1 Introduction et problématique générale 2 Familles des conducteurs ioniques solides 2.1 Électrolytes solides polymères 2.2 Électrolytes solides céramiques et verres 2.3 Électrolytes solides hybrides 3 Stabilité électrochimique des électrolytes solides 4 Systèmes complets 5 Acteurs académiques et industriels 5.1 Positionnement de la recherche française Bibliographie

Chapitre 9Supercondensateurs : du matériau au composant • P. Azaïs 1 Introduction 2 Principe de fonctionnement 2.1 Calcul de la capacité 2.2 Calcul de la résistance 3 Le cœur de la technologie carbone/carbone 3.1 Design d’électrode et ses constituants 3.2 Électrolyte 3.3 Séparateurs 4 Systèmes hybrides 4.1 Technologie carbone active/MnO 2 4.2 Technologie oxyde de plomb/carbone activé 4.3 Technologie hydroxyde de nickel NiOOH/carbone activé 4.4 Technologie graphite/carbone activé issue du Li-ion Bibliographie

Chapitre 10 • Supercondensateurs : du composant au moduleP. Azaïs 1 Design des composants 1.1 Composants de faible capacité 1.2 Composants de forte capacité 2 Design des modules et systèmes 2.1 Modules à base de cellules de type rigide 2.2 Modules de forte capacité à base de cellules souples 2.3 Modules de forte capacité fonctionnant en milieu aqueux 3 Conclusions et perspectives Bibliographie

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