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RÉSUMÉ
Cet article présente le mécanisme de fonctionnement des batteries lithium-ion ainsi qu'un aperçu des avancées actuelles dans les matériaux des électrodes négatives et positives et des électrolytes. Les batteries Li-ion se sont imposées comme le premier choix en technologie de batterie en raison de leurs densités énergétiques spécifiques et volumétriques remarquables de 270 Wh/kg et 650 Wh/L, respectivement, associées à leur durée de vie exceptionnelle et à leur coût relativement abordable, d'environ 100 dollars par kWh. Compte tenu de la nature dynamique du secteur de l'énergie, il existe un besoin pressant de nouvelles chimies de stockage, qui sont brièvement présentées dans la dernière section de cet article.
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Jolanta ŚWIATOWSKA : Directrice de recherche au CNRS - CNRS-Chimie ParisTech, Institut de recherche de Chimie Paris, Paris, France
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Domitille GIAUME : Professeure de chimie ParisTech - CNRS-Chimie ParisTech, Institut de recherche de Chimie Paris, Paris, France
INTRODUCTION
Les batteries lithium-ion que nous utilisons tous dans nos téléphones ou ordinateurs portables sont le produit technologique de plus de deux siècles de découvertes, de recherche et de développement. Si les briques essentielles du stockage électrochimique de l’énergie ont été posées par des pionniers comme Galvani, Volta, Faraday ou encore Daniell, c’est à Davenport que l’on doit le premier engin électrique fonctionnant à l’aide d’une pile Volta apparu en 1835. La découverte par Planté du premier accumulateur rechargeable, la batterie au plomb-acide, a permis le développement des premiers véhicules électriques du XXe siècle, en plus d’être utilisé dans les véhicules thermiques. D’autres systèmes d’accumulateurs ont ensuite vu le jour, notamment les technologies nickel-cadmium, nickel-métal hydrure, ou encore au lithium. Cependant, il a fallu attendre la dernière décennie du XXe siècle pour voir le développement commercial d’accumulateurs avec une technologie lithium-ion émerger. Ce délai est principalement lié au développement d’une technologie robuste permettant la recharge de l’accumulateur de manière sécurisée et répétable sur de nombreux cycles. Depuis, les accumulateurs lithium-ion, plus communément appelés « batteries lithium-ion », n’ont cessé de voir leur marché augmenter et sont devenus indispensables dans la petite électronique, les ordinateurs portables, l’outillage portatif, ou encore pour la mobilité électrique.
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- Version archivée 1 de août 2005 par Jack ROBERT, Jean ALZIEU
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Accueil > Ressources documentaires > Énergies > Conversion de l'énergie électrique > Accumulateurs d'énergie > Accumulateurs au lithium - Fonctionnement, état de l’art et perspectives > Électrodes négatives
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4. Électrodes négatives
Les matériaux d’électrode négative dans les batteries Li-ion peuvent se répartir en trois groupes selon le mécanisme réactionnel qu’ils subissent lors du processus de lithiation, consistant en des mécanismes d’intercalation, de conversion et d’alliage. De la même manière qu’avec les matériaux d’électrode positive (abordés dans la section 3), plusieurs caractéristiques souhaitées pour les matériaux d’électrode négative peuvent être citées, comme une forte capacité réversible et une faible capacité irréversible (voir l’équation (9) de la section 4.1 suivante). La réaction d’oxydoréduction devrait survenir à un potentiel faible, mais pas en-deçà d’une limite inférieure afin d’empêcher un dépôt de lithium. En outre, les ions lithium devraient réagir de manière réversible sans altérer la structure hôte du matériau d’électrode négative. Comme pour les matériaux d’électrode positive, l’électrode négative devrait également être un bon conducteur ionique et électronique. Une cinétique rapide, une bonne stabilité thermique et chimique, la sécurité, un faible coût, le respect de l’environnement, une synthèse facile et une facilité d’utilisation sont des caractéristiques souhaitables à la fois pour les matériaux d’électrode positive et négative.
Avant de développer et de déployer à grande échelle les batteries au lithium, différents matériaux ont été testés en tant que candidats potentiels pour les électrode négative et positive. Le lithium est particulièrement attractif pour les électrodes négatives du fait de sa légèreté (6,941 g/mol), de sa faible densité...
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Électrodes négatives
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BIBLIOGRAPHIE
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