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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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5. Piles lithium-oxyde de cuivre
5.1 Généralités
Inventée en France par Jean-Paul Gabano [30] et brevetée, la pile lithium-oxyde de cuivre (Li/CuO) fait partie des piles à cathode solide ; l’oxyde de cuivre qui présente la particularité d’avoir une capacité volumique parmi les plus hautes avec 4 260 Ah/dm 3 semblait en effet bien adapté à la réalisation de piles à forte densité d’énergie. Bien que sa tension en circuit ouvert soit de l’ordre de 2,25 V, sa tension de fonctionnement n’est que d’environ 1,5 V, c’est-à-dire qu’elle est de ce fait compatible avec les piles conventionnelles. Cependant, l’avantage indéniable de cette pile se révèle lors d’une utilisation à de très faibles courants de décharge ; à ces faibles régimes, l’utilisateur peut alors profiter de la forte capacité volumique du matériau cathodique.
Cette technologie a donc tout particulièrement été étudiée et développée en France, par la SAFT, qui est le principal fournisseur à travers le monde.
HAUT DE PAGE5.2 Constituants
La matière active cathodique est constituée par un mélange d’oxyde de cuivre (CuO) avec du noir d’acétylène, l’ensemble étant lié par un polymère tel que le Téflon.
La matière active anodique est constituée par du lithium métallique sous la forme d’une feuille mince utilisée tel que, ou plaquée sur un microdéployé métallique servant de collecteur électronique.
Le milieu électrolytique est une solution d’un sel de lithium (le perchlorate de lithium) dans un solvant organique comme le dioxolanne, le carbonate de propylène, ou un mélange de solvants organiques comme le carbonate de propylène avec le tétrahydrofuranne. Les conductivités obtenues dans les milieux utilisés ne sont pas très élevées ; de l’ordre de 5 à 10 mS/cm à la température ambiante [9], mais permettent cependant une utilisation dans une gamme de température très large, avec un fonctionnement possible jusque vers 150 ˚C [31].
Le séparateur utilisé est un non-tissé de fibre de verre ; le fonctionnement possible à haute température ainsi que les contraintes mécaniques...
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