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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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Lire l’articleINTRODUCTION
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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7. Piles lithium-disulfure de fer
7.1 Généralités
De commercialisation relativement récente [8], la pile lithium-disulfure de fer (Li/FeS 2) a notamment été étudiée et développée aux États-Unis par la société Eveready Battery. Bien que le monosulfure de fer ait également été envisagé, le choix du disulfure de fer repose sur sa capacité massique bien supérieure (893,3 Ah/kg contre 446,7 Ah/kg pour le monosulfure), ainsi que sur sa tension légèrement plus élevée que celle du monosulfure (proche de 1,7 V contre 1,5 V pour des régimes de décharge lents), qui lui assurent ainsi de très bonnes caractéristiques potentielles. Ces piles ont l’avantage d’avoir une tension de 1,4 à 1,6 V en fonction du régime de décharge, valeurs qui assurent une compatibilité avec les applications des piles salines et alcalines couramment utilisées (1,5 V). Cependant, compte tenu des coûts plus élevés que les piles salines et alcalines, elles remplacent plus directement les piles de type oxyde d’argent-zinc ou oxyde de mercure-zinc. Il faut cependant noter que leur fonctionnement jusque vers 60 ˚C ne conduit à aucune dégradation de leurs performances, en capacité notamment [8].
Ces piles, qui ont notamment été fabriquées dans des formats « bouton », le sont maintenant en éléments cylindriques au format R6 (ou AA) soit de structure bobine, soit de structure spiralée. Ce format d’élément permet d’envisager un développement des applications de ce système à cathode solide. Les performances de ces piles sont meilleures que celles des piles salines et alcalines à toutes les températures ; cependant, l’utilisation d’un électrolyte organique leur confère une impédance qui reste supérieure (et donc potentiellement une puissance spécifique inférieure) à celle des piles classiques comme AgO-Zn et HgO-Zn, dont l’électrolyte alcalin en milieu aqueux est bien meilleur conducteur ionique.
La construction de ces piles dans des formats de type bouton est effectuée de la même façon que pour les autres systèmes électrochimiques. Le lecteur se reportera à l’article , paragraphe 5, pour voir les structures utilisées : bouton et format R6 (ou AA).
HAUT DE PAGE7.2 Constituants
La...
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