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RÉSUMÉ
Les piles thermiquement activées, appelées communément « piles thermiques », sont des piles activables par combustion de composition pyrotechniques. Elles peuvent rester installées à demeure sur les systèmes à alimenter sans perte de capacité par autodécharge grâce à leur totale inertie à l'état non activé. Une fois activées, elles doivent être utilisées immédiatement mais ne peuvent pas être réutilisées. Cet article est entièrement consacré à la description du système électrochimique lithium/disulfure de fer Li/FeS2 .
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Patrick MASSET : Docteur de l'Institut national polytechnique de Grenoble (France) - Ingénieur de recherche à l'Institut-Karl-Winnacker der Dechema e.V., à Frankfurt am Main (Allemagne)
INTRODUCTION
Les piles thermiquement activées, appelées communément « piles thermiques », sont des piles activables par combustion de composition pyrotechniques. Elles peuvent rester installées à demeure sur les systèmes à alimenter sans perte de capacité par autodécharge grâce à leur totale inertie à l'état non activé. Une fois activées, elles doivent être utilisées immédiatement mais ne peuvent pas être réutilisées. Les piles activables ont été décrites dans les articles « Piles électriques – Piles activables » [D 3 323] et « Accumulateurs – Accumulateurs à haute température » [D 3 355] de manière globale. Cet article est entièrement consacré à la description du système électrochimique lithium/disulfure de fer Li/FeS2 .
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1. Caractéristiques
Le développement des piles activées thermiquement (piles thermiques) est accrédité au Dr. Georg Otto Erb, scientifique allemand, qui, durant la Seconde Guerre mondiale, mit au point ces générateurs pour alimenter en énergie électrique les missiles V2 au cours de leur mission [1]. Les piles d'alors utilisaient l'énergie calorifique dégagée par la coque du missile pour maintenir fondu l'électrolyte le temps de la mission. Après la guerre, cette technologie fut ramenée aux États-Unis. Dès 1947, cette technologie a été rapidement reprise et développée par l'entreprise américaine Catalyst Research Corp. (CRC) pour remplacer le système plomb/acide fluoroborique utilisé dans les pièces d'artillerie mais considéré comme peu fiable. Ils optèrent pour l'eutectique LiCl—KCl dont le point de fusion est de 352 oC. À partir de 1952, Eagle Picher (Joplin, MO) commença à fabriquer des piles thermiques et est aujourd'hui le plus important producteur outre-Atlantique. En 1954, l'actuel Département à l'énergie américain (DoE) confia les études scientifiques de ce type de systèmes pour les programmes militaires au laboratoire national Sandia (Albuquerque, NM).
1.1 Description et principe de fonctionnement
La pile est constituée d'empilements élémentaires qui comprennent chacun une anode (alliage de lithium), le séparateur (électrolyte à base de sels fondus + agent gélifiant) et la cathode (pyrite) (figure ). Les collecteurs de courant sont en acier inoxydable. Entre les empilements élémentaires sont disposées des compositions chauffantes (Fe + KClO4) qui sont déclenchées au début de la mission (activation thermique). Celles-ci permettent une montée très rapide en température de la batterie (de l'ordre de quelques millisecondes à la seconde selon la taille de la batterie). La combustion des compositions chauffantes est déclenchée par l'intermédiaire du système d'ignition et du papier...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - GUIDOTTI (R.A.), MASSET (P.) - * - J. Power Sources, 161(2), p. 1443 (2006).
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(2) - CLARCK (A.J.), THALER (C.), RREID (J.) - * - Proc. 39th Power Sources Conf., p. 552 (2000).
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(4) - DWORKIN (A.S.), BRONSTEIN (H.R.), BREDIG (M.A.) - * - J. Phys. Chem., 66, p. 572 (1962).
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(5) - WEN (J.), HUGGINS (R.A.) - * - J. Sol. St. Chem., 37, p. 271 (1981).
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(6) - Phase Diagram for Cermists. - Eds. J. Murray et al., p. 128 (1987).
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(7) - Phase Diagram...
ANNEXES
Sandia National Laboratories http://www.sandia.gov/
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ASB-Aerospatiale Batteries (France) http://www.asb-group.com
Eagle Picher Industries Inc. (États-Unis) http://www.epcorp.com
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