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RÉSUMÉ
Les quatre technologies d’accumulateurs les plus répandues actuellement sont : plomb-acide, Ni-Cd, Ni-MH et Li-ion. Les besoins en termes de stockage de l’énergie sont différents suivant les cas envisagés : véhicule électrique, hybride rechargeable ou hybride allant du stop and start, au mild hybrid et au full-hybrid. La technologie plomb-acide est limitée aux systèmes de type stop and start. Avec des performances supérieures, les accumulateurs Ni-MH sont actuellement la solution retenue pour les hybrides conventionnels (mild ou full de type Prius). Enfin pour les applications véhicule électrique ou hybride rechargeable, seuls les systèmes Li-Ion sont envisagés pour des productions de masse. Il existe des voies de développement pour améliorer notamment l’autonomie des véhicules.
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Sébastien MARTINET : Ingénieur électrochimiste – Docteur Génie des Procédés - Adjoint au Chef de Département Électricité et Hydrogène pour le transport - CEA-LITEN
INTRODUCTION
Les quatre technologies d’accumulateurs les plus répandues actuellement sont : plomb-acide, Ni-Cd, Ni-MH et Li-ion. Les besoins en termes de stockage de l’énergie sont différents suivant les cas envisagés : véhicule électrique, hybride rechargeable ou hybride allant du stop and start, au mild hybrid et au full-hybrid. La technologie plomb-acide est limitée aux systèmes de type stop and start. Avec des performances supérieures, les accumulateurs Ni-MH sont actuellement la solution retenue pour les hybrides conventionnels (mild ou full de type Prius). Enfin pour les applications véhicule électrique ou hybride rechargeable, seuls les systèmes Li-Ion sont envisagés pour des productions de masse. Il existe des voies de développement pour améliorer notamment l’autonomie des véhicules.
The paper begins by a short presentation of the 4 different rechargeable battery technologies that are the most spread out today : Lead-Acid, Ni-Cd, Ni-MH et Li-Ion. Then the needs in terms of energy storage are detailed for the each case, electric vehicle, plug-in hybrid or stop and start, mild hybrid to full hybrid. The lead-acid technology, due to its limited energy density, is restricted to the stop and start system. With significantly higher performances, Ni-MH batteries are currently the selected technology for conventional hybrids (mild or full such as Prius from Toyota). Finally, for electric vehicle or plug-in hybrid applications, only the Li-Ion systems are considered as potential candidates due to the need of extended autonomy. To conclude, the paper points out the different routes people are now exploring to improve the performances of the batteries, and especially to increase the vehicle autonomy.
Accumulateur, Li-Ion, Batterie, véhicule électrique, véhicule hybride.
Battery, Li-Ion, Electric Vehicle, Hybrid Vehicle.
Points clés
Domaine : stockage de l’énergie
Degré de diffusion de la technologie : émergence
Technologies impliquées : accumulateurs et batteries
Domaines d’application : véhicules électriques et hybrides
Principaux acteurs français : Saft, Batscap, Renault, Peugeot-Citroën,
Autres acteurs dans le monde : Sanyo, Sony, Panasonic, Samsung, LG Chemical, BYD, Nissan, Mitsubishi, A123 etc.
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4. Pistes de développement technologique
4.1 Court et moyen terme
Dans cette échelle de temps, les principaux développements engagés au niveau international concernent le passage à d’autres types d’accumulateurs Li-ion :
-
des accumulateurs à plus forte densité d’énergie pour pouvoir améliorer l’autonomie des véhicules électriques ou rechargeable ;
-
dans une moindre mesure, des accumulateurs à très haute densité de puissance entrouvrant la possibilité de recharges très rapides sans dégradation de la durée de vie.
En parallèle des actions menées sur les accumulateurs Li-ion, un second axe de développement concerne l’augmentation des densités d’énergie des supercondensateurs. Cet axe ne sera pas traité dans cet article consacré essentiellement aux accumulateurs.
HAUT DE PAGE4.1.1 Vers des accumulateurs Li-ion à 300 Wh/kg
La technologie Li-ion permet d’entrevoir la limite des 300 Wh/kg en associant des matériaux d’électrodes positive et négative très performants en remplacement des composés actuels qui sont l’oxyde métallique lithié à moins de 200 mAh/g pour la positive et le graphite à 350 mAh/g au maximum pour la négative.
Du côté positif, nous pouvons citer un oxyde à très forte capacité, typiquement supérieure ou égale à 250 mAh/g, de type lamellaire riche en lithium. Les travaux sur ces composés ont notamment été initiés par l’équipe de M. THACKERAY d’Argonne National Laboratory . Depuis quelques années, ils connaissent un essor important et de nombreuses équipes de recherche et industriels sont maintenant impliquées.
Toujours du côté positif, une autre voie d’amélioration consiste non plus à augmenter la capacité du composé, mais à augmenter sa tension de fonctionnement, conduisant ainsi à un effet similaire sur la densité d’énergie. Ce sont typiquement les composés...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - LINDEN (D.) - Handbook of Batteries - McGraw-Hill, Inc., ISBN 0-07-037921-1.
-
(2) - KIM (J.S.), JOHNSON (C.S.), THACKERAY (M.M.) - * - . – Electrochem. Comm., 4 205-209 (2002).
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(3) - PATOUX (S.), DANIEL (L.), BOURBON (C.), LIGNIER (H.), PAGANO (C.), LE CRAS (F.), JOUANNEAU (S.), MARTINET (S.), POWER SOURCES (J.) - * - . – High voltage spinel oxides for Li-ion batteries : From the material research to the application, 189 344-352 (2009).
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(4) - ZHANG (W.-J.) - Journal of Power Sources 196 877-885 - « Lithium insertion/extraction mechanism in alloy anodes for lithium-ion batteries » (2011).
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(5) - CHAMI (M.), MAILLEY (S.), REYNIER (Y.), MASSE (F.), MARTINET (S.), FUSALBA (F.) - * - . – World Electric Vehicle Journal vol. 3 (2009).
-
(6) - ROZAIN (C.) - * - . – Rapport...
ANNEXES
AABC – Advanced Automotive Battery Conference – a lieu 2 fois par an, dont une en Europe
Batteries 20XX – a lieu tous les ans à Cannes fin Septembre
IMLB – International Meeting on Lithium Batteries – a lieu tous les 2 ans
HAUT DE PAGE
UL1642 - UL Standard for Safety for Lithium Batteries, Underwriters Laboratories. - -
SAE J-2288 - Life Cycle Testing of Electric Vehicle Battery Modules (Reaffirmed June 2008). - -
SAE J-2289 - Electric-Drive Battery Pack System : Functional Guidelines (revised July 2008). - -
ISO/FDIS 12405-1 - Véhicules routiers à propulsion électrique – Spécifications d'essai pour des installations de batterie de traction aux ions lithium – Partie 1 : applications à haute puissance (projet de norme). - -
ISO/DIS 12405-2 - Véhicules routiers à propulsion électrique – Spécifications d'essai pour des installations de batterie de traction aux ions lithium – Partie 2 : Applications...
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