Page sur les différentes batterie et accumulateur


1 : batterie connecté en série
2 : batterie connecté en parallèle
3 : batterie connecté en série et parallèle

Batterie redox vanadium


Détail
énergie / poids
10 à 20 Wh / kg
énergie / volume
15 à 25 Wh / l
rendement charge-décharge
75-80%
durée de vie
10-20 ans
nombre de cycles de charge
10000 cycles
tension nominale par élément
1,15-1,55 V
Généralités
Une batterie redox vanadium ou batterie à oxydoréduction au vanadium, est un type de batterie rechargeable à flux qui utilise le vanadium dans différents états d'oxydation pour stocker l'énergie potentielle chimique. Un brevet allemand de batterie à flux au chlrorure de titane avait déjà été enregistré et accepté en 1954, mais la plupart des développements ont été réalisés par les chercheurs de la NASA dans les années 70. L'utilisation du vanadium avait déjà été suggérée, mais la première démonstration réelle et le développement commercial de toutes les batteries vanadium à flux travaillant avec une solution d'acide sulfurique ont été réalisés par Maria Skyllas-Kazacos et collaborateurs à l'université de Nouvelle-Galles du Sud en Australie. La forme actuelle électrolytes à l'acide sulfurique a été brevetée par l'université de Nouvelle-Galles du Sud en 1989.
Principe
Les batteries à flux stockent l'électricité et la génèrent par réaction d'oxydoréduction. Elles présentent deux compartiments séparés par une membrane échangeuse de protons, où sont plongés des collecteurs de courant. Cette membrane permet l'échange de protons entre les deux compartiments anodique et cathodique, où les solutions électrolytiques sont susceptibles d'être réduites et oxydées. Les deux électrolytes liquides sont basés sur le vanadium : la demi cellule positive contient des ions VO2+ et VO2+ alors que la demi cellule négative contient des ions V3+ et V2+. Les électrolytes peuvent être préparés par différents procédés. Par exemple, du pentaoxyde de vanadium (V2O5) peut être dissous dans l'acide sulfurique (H2SO4), donnant une solution fortement acide. Le vanadium existant dans 4 états d'oxydation; des batteries avec un seul élément électroactif, au lieu de deux, peuvent être fabriquée.
Détail
Principe de fonctionnement
Principaux avantages :
La capacité est augmentable à volonté, simplement en utilisant des réservoirs de plus en plus grands
La batterie peut être laissée déchargée pour de longue période sans se dégrader
Elle peut aussi être rechargée en remplaçant l'électrolyte si aucune source d'énergie n'est disponible pour la charger. Cette batterie permet ainsi un rechargement rapide par remplacement de l'électrolyte à une pompe, ou un rechargement lent, branchée à une prise
Si les électrolytes sont mélangés accidentellement, la batterie ne souffre d'aucun dommage irréversible.
Le principal désavantage de la technologie vanadium redox est le ratio énergie / volume relativement bas et la complexité du système comparé aux batteries standards.
Applications
La capacité importante de ces batteries les rend bien adaptées aux applications nécessitant des stockages importants, une réponse à un pic de consommation, ou un lissage de la production de sources variables comme les centrales solaires ou éoliennes. La faible autodécharge et la maintenance limitée ont mené à leur adoption dans certaines application militaires. Ces batteries permettant de répondre rapidement à la demande, elles peuvent aussi être employées dans les applications d'alimentation sans interruption où elles remplacent les batteries plomb-acide ou les groupes électrogènes.

batterie au plomb

Détail
grille
séparateur
grille positive
grille négative
barrette
faisceau négatif
élément complet
pont
rampe de bouchons
borne
bac
Détail
énergie-poid
20-40Wh / k
énergie-volume
40-100Wh / l
50%
auto-décharge
rendement charge-décharge
5%
durée de vie
4 à 5 ans
nombre de cycles de charge
500 a 1200
tension nominale par élément
2.1 Volts
Une batterie au plomb est un ensemble d'accumulateurs au plomb-acide raccordés en série et réunis dans un même boîtier.
Ce système de stockage d'électricité est largement utilisé dans l'industrie ainsi que dans l'équipement des véhicules automobiles.
Batterie d'automobile
Historique
L'accumulateur au plomb a été inventé en 1859 par le français.Il a été en effet le premier à avoir mis au point la première batterie rechargeable. à l'origine, les accumulateurs étaient situés dans des cuves en verre. Par la suite, on a systématisé l'emploi des cuves en plastique.
De nos jours, les batteries sans entretien se généralisent:cosses traitées anti-sulfatage, plaques au plomb-calcium, supprimant le besoin de refaire le niveau de liquide et donc permettant le scellement.
Caractéristiques techniques.Une batterie au plomb se caractérise essentiellement par:
La tension nominale qui dépend du nombre d'éléments, la tension nominale U est égale au nombre d'éléments multiplié par 2,1 Volts. Généralement on considère qu'un accumulateur au plomb est déchargé lorsqu'il atteint la tension de 1.8 Volts par élément, donc une batterie de 6 éléments ou 12 Volts est déchargée, lorsqu'elle atteint la tension de 0.8 Volts.
La capacité de stockage, notée , représente la quantité d'énergie disponible (ne pas confondre avec la capacité électrique. Elle s'exprime en ampère-heure
Le courant maximal qu'elle peut fournir pendant quelques instants, ou courant de crête en ampères CCA.
Les valeurs maximales sont données par le constructeur pour une batterie neuve et chargée à 100%, elles varient sensiblement en fonction de l'état de charge, se dégradent en fonction du temps ainsi que de l'usage qui est fait de la batterie.
Les réactions électrochimiques aux électrodes sont les suivantes:
Anode (oxydation):
Cathode (réduction):
Performances
La batterie au plomb est celle qui a la plus mauvaise énergie massique 35 Wh / kg, après la batterie Nickel-Fer. Mais comme elle est capable de fournir un courant de grande intensité, utile pour le démarrage électrique des moteurs à combustion interne, elle est encore très utilisée en particulier dans les véhicules automobiles.
Utilisation
Cette batterie sert à alimenter les composants électriques des véhicules à moteur à explosion, particulièrement le démarreur électrique, alimentée par un alternateur.
Historiquement, les batteries de voitures ou de motocyclettes faisaient le plus souvent 6 Voltss (3 éléments). à l'époque moderne, les batteries à 12 Voltss (6 éléments) sont généralisées sur les voitures et motocyclettes, alors que les véhicules lourds ou militaires utilisent le 24 Voltss.
Les batteries au plomb servent aussi à alimenter toutes sortes d'engins électriques. Les voitures électriques ne se sont toujours pas imposées du fait du mauvais rapport masse / énergie des batteries, bien que le rendement d'un moteur électrique soit exceptionnel.
Ces batteries peuvent servir à stocker de l'énergie produite par intermittence, comme l'énergie solaire ou éolienne.
Charge
On charge une batterie au plomb en lui appliquant un courant continu d'une valeur quelconque (sous réserve de limites technologiques liées à la batterie elle-même ou à ses connexions), pourvu qu'elle n'entraîne pas aux bornes de la batterie l'apparition d'une tension supérieure à 2,35-2,40 V / élément (valeur à 25°C).
L'application de cette règle conduit à constater dans la pratique deux phases de charge successives:
1, La phase dite CC (Constant Current ou Courant Constant) au cours de laquelle la tension par élément est inférieure à 2,35 V malgré l'application du courant maximum dont est capable le chargeur: le courant est déterminé par le chargeur et la tension par la batterie. La tension aux bornes de chaque élément augmente au fur et à mesure que la batterie se recharge.
2, La phase dite CV (Constant Voltsage ou TC Tension Constante), dite aussi phase d'absorption commence dès que la tension par élément atteint la valeur de 2,35 V / élément puisque l'application de la consigne ci-dessus conduit le chargeur (son système asservi le transformant en un générateur de tension) à ajuster le courant de telle sorte que la tension reste égale à 2,35 V / élément alors que la batterie continue de se charger. Le courant au cours de cette phase est donc une fonction décroissante du temps. Il tend théoriquement vers 0 asymptotiquement.
En fin de charge le courant en phase CV ne s'annule pas. Il se stabilise à une valeur faible mais non nulle qui n'accroît plus l'état de charge mais électrolyse l'eau de l'électrolyte. On préconise donc d'interrompre la charge, ou, si l'on veut appliquer une charge permanente (dite d'entretien ou de floating, afin de compenser le phénomène d'autodécharge), de baisser la tension de consigne à une valeur de l'ordre de 2,3 Volts / élément.
La charge CC / CV s'est généralisée car elle seule permet de charger à fort courant (donc rapidement) sans endommager la batterie. Ce mode de charge est utilisé dans toutes nos automobiles: en phase CC, le courant de charge dépend essentiellement de la vitesse de rotation de l'alternateur (et donc du moteur). En phase CV, la tension de consigne est maintenue par l'asservissement que constitue le régulateur de tension. Celui-ci diminue en effet le courant d'excitation de l'alternateur, de façon à ce que le courant de sortie de l'alternateur n'ait jamais pour résultat une tension supérieure à 2,35 Volts / élément (avec une légère correction en fonction de la température).
Lorsque dans le cas des chargeurs bon marché, on ne dispose pas d'un chargeur capable de limiter sa tension à la valeur de consigne correspondant à 2,35 V / élément, on recommande de limiter le courant de charge à par exemple 10% de la capacité de la batterie afin de minimiser les conséquences dommageables du dépassement de tension qui risque de se produire en fin de charge.
Causes de dégradation
Les principales causes de dégradation des batteries sont:
la sulfatation
la décharge complète
le cyclage
l'oxydation des électrodes
l'oxydation des bornes
La sulfatation
La sulfatation représente l'accumulation de sulfate de plomb sur les électrodes. Ce phénomène apparait naturellement à chaque décharge de la batterie et disparait lors d'une recharge. Cependant sous certaines conditions (décharge prolongée ou trop profonde, température importante, gazéification de l'électrolyte), des ilots stables de sulfate de plomb apparaissent et ne sont plus dissous lors de la charge. Le sulfate de plomb ainsi généré diminue la capacité de la batterie en empêchant les réactions sur l'électrode et de par sa faible conductivité électrique.
Le processus de sulfatation est interrompu dès que la batterie est remise en charge.
Exemple: Une batterie sulfatée de 1000 CCA à l'état neuf, mais contrôlée à 12 Volts et avec une puissance de 500 CCA, reprendra après recharge une tension supérieure ou égale à 12,6 Volts mais la puissance mesurée de 500 CCA évoluera peu.
Une batterie dans cet état ne permettra pas plusieurs démarrages consécutifs d'un véhicule automobile et pourra provoquer, par exemple, une panne immobilisante dès les premiers froids. De manière générale, si le véhicule n'est pas utilisé pendant une longue période, il faut recharger sa batterie régulièrement pour la faire durer.
Désulfatation
Il existe un moyen d'inverser le processus de sulfatation d'une batterie. Cela consiste en l'envoi d'impulsions électriques à la fréquence de résonance de la batterie (entre 2 et 6 MHz). Durant ce processus, les ions de soufre entrent en collision avec les plaques, ce qui a pour effet de dissoudre le sulfate de plomb qui les recouvre.
La décharge complète
Pour un véhicule automobile, la décharge complète de la batterie intervient généralement par une faible consommation pendant une durée prolongée (exemple: plafonniers) ou par une consommation importante (ex feux de croisement, ventilation), moteur à l'arrêt. La tension est alors très faible aux bornes de la batterie, inférieure à 10 Voltss pour une batterie dont la tension nominale est de 12 Volts.
Une batterie de démarrage se décharge également toute seule dans le temps. Elle risque donc d'atteindre sa décharge complète si elle n'est pas rechargée régulièrement. Pour cette raison, il existe les chargeurs d'entretien de batteries.
Les batteries en état de décharge complète doivent être rechargées dans un délai maximum de 48 heures: au-delà, les dommages sont irréversibles (sauf par désulfatation).
Cyclage
Les constructeurs de batteries indiquent leur durée de vie sous la forme d'un nombre de cycles normalisés de décharge / recharge.
à l'issue d'un certain temps de fonctionnement dépendant du nombre et de l'amplitude des cycles, la batterie est usée: l'électrolyte présente un aspect noirâtre.
Exemple:l'utilisation répétée d'un hayon élévateur moteur à l'arrêt accélère l'usure de la batterie par cyclage.
Oxydation des électrodes
L'oxydation est une cause de dysfonctionnement des batteries. Lorsque le niveau d'électrolyte est trop bas, les plaques entrent au contact de l'air et s'oxydent. La puissance au démarrage est amputée, même si le niveau d'électrolyte est complété. Le manque d'électrolyte peut venir d'une utilisation intensive (exemple: équipements auxiliaires etc), d'une température extérieure importante (supérieure ou égale à 30 °C) ou d'une tension de charge trop élevée.
Oxydation_des_bornes
Il arrive qu'une batterie dont les cosses ne sont pas assez serrées, ou qui ne sert que très peu, voie ses bornes s'oxyder, ce qui empêchera le courant de passer et donc, à terme, une décharge complète.

Batterie nickel cadmium


Détail
énergie-poid
40~60Wh / k
énergie-volume
50~150Wh / l
rendement charge-décharge
70~90%
auto-décharge
10% à 20% par mois
durée de vie
24 à 36 mois
nombre de cycles de charge
2000 cycles
Accumulateur nickel-cadmium de PSA Allemagne
Le Nickel cadmium ou Ni-Cd est un composant entrant dans la confection d'accumulateurs pour, entre autres,ordinateurs portables, l'outillage portatif, l'éclairage de sécurité. Les batteries Ni-Cd sont sensibles à l'effet mémoire.
Les batteries Ni-Cd sont aujourd'hui relativement dépassées en terme d'autonomie, elles ont été supplantées par les batteries NiMH, elles-mêmes aujourd'hui concurrencées par les batteries Li-ion.
à noter: l'appellation NiCad est erronée puisqu'un élément chimique s'abrège par une ou deux lettres maximum, mais elle est très employée dans la désignation grand public de ces accumulateurs.
Avantages du NiCd
Charge simple et rapide, même après une longue période de stockage.
Se recharge facilement même à basse température.
Grande durée de vie en nombre de cycle de charge et de décharge.
Bonnes performances à basse température.
Résistance interne très faible,
Stockage aisé, quel que soit son niveau de charge.
Stockage et transport simple.
Faible coût.
Faiblesses du NiCd
Faible densité énergétique.
S'auto-décharge assez rapidement (20% / mois).
Sensibilité à l'effet mémoire.
Polluant.
Pratique
Quand on parle de décharger complètement une batterie cela sous-entend bien sûr de ne pas descendre en dessous de 1 Volt / élément. Ceci est la tension minimale en dessous de laquelle l'élément ne doit jamais descendre sous peine de destruction partielle, voire complète. La décharge se déroule en trois phases
Premièrement une chute rapide de la tension vers la valeur de 1,2 Volts / élément.
Puis une longue plage où la tension reste stable à cette valeur.
Et enfin une chute rapide de la tension, c'est là qu'il faut impérativement arrêter la décharge avant la destruction.
La longueur de ces phases est fonction du courant débité. Pour une décharge optimale, il faut se conformer aux indications données par le constructeur en fonction de la technologie et des caractéristiques de l'accumulateur. En fonction de leur technologie les accumulateurs peuvent débiter plus ou moins de courant pour une même capacité.
Législation
Un encadrement très strict de la mise sur le marché européen de cette technologie a été institué par la directive 2006/66/CE publiée au JOUE le 6 septembre 2006. Cet encadrement sera effectif dès la transposition dans les législations nationales des 25 états-membres de l'Union Européenne, transposition qui doit intervenir dans les 24 mois qui suivent cette date de publication cette directive. Entre autres prescriptions, cette directive prévoit l'interdiction de l'utilisation du cadmium dans les accumulateurs portables, à l'exception des accumulateurs destinés aux systèmes d'urgence et d'alarme, ainsi qu'aux équipements médicaux et à l'outillage électrique sans fil.
Les accumulateurs Ni-Cd conçus pour un usage industriel ou professionnel ne sont pas couverts par cette interdiction. En effet des systèmes performants de collecte et de recyclage en fin de vie ont été mis en place par les producteurs, permettant ainsi d'éviter qu'ils ne finissent leurs jours dans les décharges ou les incinérateurs.

Batterie nickel métral hydrure

Détail
énergie-poid
30~80Wh / k
énergie-volume
140~300Wh / l
rendement charge-décharge
66%
auto-décharge
20%
durée de vie
24 à 48 mois
nombre de cycles de charge
500~1000
tension nominale par élément
1.2 Volt
Description
Les accumulateurs nickel métal hydrure ou NiMH ont été commercialisés vers 1990 et présentent une énergie volumique supérieure d'au moins 30% par rapport aux accumulateurs NiCd Cadmium Nickel et sont aujourd'hui eux-mêmes dépassés en termes d'énergie massique par les accumulateurs Li-ion(Lithium-ion) et Lithium Polymère.
L'avantage, en matière d'environnement, des batteries d'accumulateurs NiMH est l'absence de cadmium et de plomb, deux matériaux très polluants. En outre elles possèdent de meilleures performances ainsi qu'une faible sensibilité à l'effet mémoire.
Hormis le nickel (sous forme d'hydroxyde) de l'électrode positive, les accumulateur NiMH utilisent comme électrolyte une solution d'hydroxyde de potassium (potasse - KOH) ainsi qu'un alliage hydrurable à base lanthane terre rare et de nickel de type LaNi5.
Leurs fabrication et recyclage doivent néanmoins être effectués très soigneusement, par exemple l'hydroxyde de potassium est irritant et corrosif pour la peau, les yeux, les voies respiratoires et digestives.
Charge
Courbes de tension de charge selon l'intensité. C représente la Capacité en A.h
Traditionnellement la charge d'un accumulateur au Nickel de capacité C se fait à I = C / 10h, c'est-à-dire pour une durée de charge théorique de 10 heures (en pratique plus proche de 14h). Les accumulateurs NiMH ne supportant pas d'être surchargés (sauf par un courant d'entretien très faible C / 20h), il est recommandé en pratique d'utiliser un chargeur qui détecte automatiquement la fin de charge. La détection n'est fiable que pour une charge rapide, soit de l'ordre de C / 1h ou même de C / 15min. Un chargeur optimal combinerait plusieurs caractéristiques:
charge rapide t=1h
détection de fin de charge par 0, ou par le point d'inflexion =0
surveillance de la température de l'accumulateur
temporisation de sécurité
détection des accumulateurs défectueux.
La batterie de prédilection des véhicules hybrides
Les batteries NiMH sont actuellement le standard pour équiper les voitures hybrides (moteur à combustion + moteur électrique). En effet malgré des performances en retrait par rapport aux batteries à base de lithium, elles gardent l'avantage de bien supporter de forts courants de charge et de décharge et sont beaucoup plus sûres en cas de surchauffe.
La Toyota Prius et la Honda Civic IMA, par exemple, sont toutes deux équipées d'une batterie NiMH, de 1,5 kWh (39 kg) pour la première et de 28 kg pour la seconde. Ces batteries sont prévues pour durer toute la durée de vie du véhicule (garanties 8 ans).
Actuellement, toutes les batteries défectueuses sont renvoyées au Japon chez Panasonic, qui se charge du recyclage. à terme, celui-ci devrait être effectué en France par la SNAM où le processus de recyclage est toujours en cours de développement.
Points forts du NiMH
Contient beaucoup plus d'énergie que le Nickel-cadmium
Peu sensible à l'effet mémoire
Simple à stocker et transporter
Ne pollue pas comme le Nickel-cadmium
Points faibles du NiMH
Ne supporte pas le dépassement de charge
Détection de fin de charge difficile
Durée de vie plus faible que le Nickel-cadmium en nombre de cycles

Batterie lithium-ion

Détail
énergie-poids
100-200Wh / k
énergie-volume
200-400Wh / l
rendement charge-décharge
99,9%
auto-décharge
5% à 10% /mois
durée de vie
24 à 36 mois
nombre de cycles de charge
1200 cycles
tension nominale par élément
3,6 ou 3,7 Volts
Un accumulateur lithium est une technologie de stockage d'énergie de la famille des accumulateurs électrochimiques, dont la réaction est basée sur le
On distingue la technologie Lithium métal où l'électrode négative est composée de lithium métallique (matériau qui pose des problèmes de sécurité) et la technologie lithium ion, où le lithium reste à l'état ionique grâce à l'utilisation d'un composé d'insertion aussi bien à l'électrode négative (généralement en graphite) qu'à l'électrode positive (dioxyde de cobalt, manganèse, phosphate de fer). Les accumulateurs lithium polymère sont une alternative aux accumulateurs lithium-ion, ils délivrent un peu moins d'énergie, mais sont beaucoup plus sûrs.
Contrairement aux autres technologies, les accumulateurs Li-ion ne sont pas liés à un couple électrochimique. Tout matériau pouvant accueillir en son sein des ions lithium peut être à la base d'un accumulateur Li-ion. Ceci explique la profusion de variantes de cette technologie, face à la constance observée avec les autres couples. Il est donc délicat de tirer des règles générales sur cette technologie. Les marchés de fort volume (électronique nomade) et de fortes énergies (automobile, aéronautique) n'ayant pas les mêmes besoins en termes de durée de vie, de coût ou de puissance.
En ce début de XXIe siècle, cette technologie offre la plus forte énergie spécifique (énergie / masse) et la plus grande densité d'énergie (énergie / volume).
Lithium-ion
Commercialisée pour la première fois par Sony Energitech en 1991, la batterie lithium-ion occupe aujourd'hui une place prédominante sur le marché de l'électronique portable. Ses principaux avantages sont une densité d'énergie élevée (densité massique deux à cinq fois plus que le Ni-MH par exemple) ainsi que l'absence d'effet de mémoire.L'auto-décharge est relativement faible par rapport à d'autres accumulateurs. Cependant le coût reste important et cantonne le lithium aux systèmes de petite taille
La batterie lithium-ion fonctionne sur l'échange réversible de l'ion lithium entre une électrode positive, le plus souvent un oxyde de métal de transition lithié (dioxyde de cobalt ou manganèse) et une électrode négative en graphite (sphère MCMB).L'emploi d'un électrolyte aprotique (un sel LiPF6 dissous dans un mélange de carbonate) est obligatoire pour éviter de dégrader les électrodes très réactives.
La tension d'un élément Li-Ion est de 3,6 Volts. Cette équivalence 1 élément Li-Ion = 3 éléments Ni-MH est très intéressante car elle permet dans certains cas de faire une substitution pure et simple, du Li-Ion par du Ni-MH uniquement, l'inverse pouvant s'avérer catastrophique. De plus le Ni-MH est d'une utilisation plus sûre, en particulier lors de la charge.
Ce problème de sécurité impose d'intégrer un système électronique de protection, embarqué le plus souvent dans chaque élément au lithium (Il empêche une charge ou décharge trop profonde: sinon le danger peut aller jusqu'à l'explosion de l'élément).
Les courants de charge et de décharge admissibles sont aussi plus faibles qu'avec d'autres technologies. Enfin, un autre défaut: les éléments vieillissent même en l'absence d'utilisation. Quel que soit le nombre de charges/décharges, leur durée de vie serait limitée à une durée d'environ deux ou trois ans après fabrication.
Notons cependant qu'il existe des accumulateurs Li-ion industriels de grande puissance (plusieurs centaines de watts par élément) qui ne sont pas touchés par ce vieillissement, grâce à une chimie plus travaillée et une gestion électronique poussée. Ces éléments peuvent fonctionner jusqu'à 15 ans (aéronautique, vehicules hybrides, systèmes de secours). Les satellites Galiléo par exemple sont équipés de batterie Li-ion d'une durée de vie de douze ans . Cependant l'utilisation de la technologie Li-ion à ces échelles de puissance n'en est qu'à ses débuts.
Avantages des accumulateurs lithium-ion
Ils ne présentent aucun effet mémoire contrairement aux accumulateurs à base de nickel
Ont une faible autodécharge (10% par mois voire souvent moins de quelques% par an!)
Ne nécessitent pas de maintenance
Possèdent une haute densité d'énergie pour un poids très faible, grâce aux propriétés physiques du lithium (très bon rapport poids/potentiel électrique). Ces accumulateurs sont donc très utilisés dans le domaine des systèmes embarqués.
Permettent une meilleure sécurité que les batteries purement lithium, mais nécessitent toujours un circuit de protection.
Faiblesses des accumulateurs lithium-ion
La profondeur de décharge: ces batteries s'usent moins vite lorsqu'elles sont rechargées tous les 10% que lorsqu'elles le sont tous les 80%
Sur les produits grand public, cette technologie s'use même quand on ne s'en sert pas (corrosion interne et augmentation de la résistance interne
Les courants de charge et de décharge admissibles sont plus faibles qu'avec d'autres technologies.
Il peut se produire un court-circuit entre les deux électrodes par croissance dendritique de lithium.
L'utilisation d'un électrolyte liquide présente des dangers si une fuite se produit et que celui-ci entre en contact avec de l'air ou de l'eau.
Cette technologie mal utilisée présente des dangers potentiels: elles peuvent se dégrader en chauffant au-delà de 80°C en une réaction brutale et dangereuse. Il faut toujours manipuler les accumulateurs lithium-ion avec une extrême précaution, ces batteries peuvent être explosives. Et comme avec tout accumulateur: ne jamais mettre en court-circuit l'accumulateur, inverser les polarités, surcharger ni percer le boîtier.
Pour éviter les problèmes, ces batteries doivent toujours être équipées d'un circuit de protection, d'un fusible thermique et d'une soupape de décharge. Elles doivent être chargées en respectant des paramètres très précis et ne jamais être déchargées en-dessous de 2,5 Volts par élément.
Prolonger la vie d'une batterie Li-ion (lithium-ion)
Ne pas faire de décharge profonde.
Ne pas stocker les batteries trop longtemps sans les utiliser.
Stocker la batterie à température ambiante (beaucoup de constructeurs préconisent le stockage à 15 °C)
Stocker la batterie aux alentours de 40% de charge.
Ne pas charger complétement la batterie avant de la stocker.
Ne pas décharger complétement la batterie avant de la stocker.
Ne pas faire de stock de batteries de rechange.
Lors de l'achat de la batterie, vérifier la date de fabrication, son usure commençant dès sa sortie d'usine.
Ne pas utiliser durant le temps de charge

batterie lithium-chlorure de thionile

Le couple lithium-chlorure de thionyle comporte une anode de lithium métal, le plus léger des métaux, associée à une cathode liquide constituée d'une électrode de carbone poreux rempli de chlorure de thionyle (SOCl2). Les piles délivrent 3,6 V. Elles sont cylindriques, de format 1,2AA à D, avec des électrodes spiralées pour les applications de puissance ou concentriques (bobine) pour les décharges prolongées.
Les piles lithium-chlorure de thionyle se distinguent par leur haute densité d'énergie, due en partie à leur tension nominale de 3,6 V et pouvant atteindre, en version bobine, 1220 Wh / L et 760 Wh / kg soit 18,5 Ah sous 3,6 V en format D. Elles se caractérisent par une autodécharge extrèmement faible (moins de 1% par an) permettant un stockage prolongé ou des durées de service de 10 à 20 ans.
Pour faciliter leur mise en oeuvre, les piles peuvent etre équipées de divers connecteurs ou assemblées en batteries dont il existe des versions standardisées.
Les différentes gammes développées par Saft permettent de satisfaire de multiples applications civiles et militaires portables ou sédentaires.
Détail
Applications principales
Compteurs de gaz / eau / électricité
Télérelevé
Dispositifs d'alarme et de sécurité sans fil
Suivi à distance de positionnements
GPS
Balises de détresse (ELT, EPIRB)
Radiocommunication militaire
Bouées acoustiques
Exploration pétrolière
Télématique automobile
Electronique professionnelle
Systèmes de péage électronique
Systèmes d'identification et de traçabilité
Sauvegarde de mémoire
Maintien de mémoire
Horloges temps réel

batterie lithium-dioxide de manganèse

Les éléments primaires cylindriques au lithium LM / M Saft, sont basés sur le couple lithium-bioxide de manganèse (Li-MnO2).
Ils mettent en oeuvre des électrodes spiralées de grandes surfaces, favorisant la délivrance de courants élevés. Leur électrolyte est formulé pour offrir d'excellentes performances à basse température. Ils se pretent à des applications mettant en oeuvre des courants continus pouvant varier dans la plage 0,1 à 5 A, couplés à des pulses pouvant aller jusqu'à 5 A
Les éléments référencés Saft LM sont fabriqués aux USA.Les éléments référencés Friwo M sont fabriqués en Allemagne.
Détail
Principales caractéristiques
Electrodes spiralées
Conteneurs en acier inoxydable
Scellements verre-métal hermétiques et robustes
Events de sécurité intégrés
Produits disponibles sous forme d'éléments unitaires ou de packs batteries multi-éléments
Applications principales
Radiocommunicatios militaire
Bouées acoustiques
Balises de détresse (ELT, EPIRB)
Défibrillateurs cardiaques
Electronique professionnelle
Equipements de mesure
Avantages
Tension de sortie élevée, stable pendant la majeure partie de la durée de vie
Large plage de températures de fonctionnement (-40 à +70 C)
Excellente résistance à la passivation, meme après un stockage prolongé en environnements à température non controlée
Excellente performance en dessous de -20° C
Electrolyte organique non corrosif (mais inflammable)
Perte de capacité inférieure à 3% par année de stockage à température ambiante, avant utilisation
Performances indépendantes de l'orientation des éléments
Conformité avec la directive européenne RoHS
Excellente sécurité d'utilisation

Lithium-dioxyde de soufre

une batterie de type Sodium-Soufre qui à la caractéristique de fonctionner vers les 300°C. Nous ne rentrerons pas dans les détails techniques de ce système, largement expliqués par ailleurs.
Il suffit d'intégrer qu'à cette contrainte de température s'ajoute celle d'un électrolyte-séparateur conducteur d'ions Sodium (Na+) constituée d'alumine béta. IL se présente sous la forme d'un gros tube à essai de quelques fractions de millimètres d'épaisseur.
Ce système, mécaniquement fragile ne peut être que stationnaire et implanté si possible en plein air ou dans un bâtiment ventilé. NGK va livrer à l'allemand Younicos une batterie de 1000 kW de puissance pour évaluation. Cette batterie est constituée de 20 modules de 360kWh capables de générer une puissance de 50kW chacun (FIG. II).
Chaque module contenant 320 éléments d'accumulateur cylindriques associés à des organes de régulation thermique et de sécurité est rempli de sable. Un module de 5,6 m3 de volume, pèse plus de 3 tonnes. Les accumulateurs en pleine charge peuvent se décharger à 85% de la capacité en 6 heures environ.
Le principal intérêt des batteries Sodium-Soufre réside dans la disponibilité des matières actives qui ne font appel à aucun métal de transition. NGK annonce une durée de vie de ces batteries estimée à 15 ans et à une durée de vie en cyclage de 4500 cycles à 85% de profondeur de décharge.
NGK estime qu'en production de large série le prix de sa batterie devrait arriver à 140$/kWh, ce qui porterait le prix d'une batterie de 1500 kW à 1,5 millions de dollars. C'est, à mon avis, encore trois fois trop cher pour opérer une véritable percée.
Détail
Principales caractéristiques
Electrodes spiralées
Conteneurs en acier nickelé
Scellements verre-métal hermétiques et robustes
Events de sécurité intégrés
Produits disponibles sous forme d'éléments individuels ou de packs batteries multi-éléments
Applications principales
Radiocommunications militaire
Bouées acoustiques et autres applications subaquatiques
Balises de détresse (ELT, EPIRB)
Défibrillateurs cardiaques
Electronique professionnelle
Avantages
Tension de sortie élevée, stable pendant la majeure partie de la durée de vie
Large plage de températures de fonctionnement ( -60°C à +70°C)
Bonne résistance à la passivation
Electrolyte pressurisé ininflammable mais corrosif, rapidement expulsé en cas de dégazage
Perte de capacité inférieure à 3% par année de stockage à température ambiante, avant utilisation
Performances indépendantes de l'orientation des éléments
Aptitude inégalée aux pulses de courant
Conformité avec le directive européenne RoHS
25 ans d'expérience de production, offrant un excellent recul en matière de sécurité, dans de nombreuses applications militaires exigeantes

batterie lithium-phosphate

Cette version, récente, a une tension un peu plus faible mais se veut plus sûre, moins toxique et d'un coût moins élevé. En effet, le prix des piles et batteries au lithium-ion provient en grande partie des matériaux utilisés à la cathode, qui contient du cobalt et / ou du nickel, métaux très chers et rendant plus délicat le multi-sourcing. Dans un accumulateur Lithium à technique phosphate , les cathodes standard sont remplacées par le phosphate de fer, matériau peu cher, car ne contenant pas de métaux rares et de plus non toxiques contrairement au cobalt. En outre, cette cathode est très stable et ne relâche pas d'oxygène la rendant plus sûre.
Pour un développement industriel dans le véhicule électrique (contenant de l'ordre de 30 kWh d'accumulateurs), une baisse de prix est impérative. Le coût d'un accumulateur Li-FePO est de plus de 1000 euro / kWh et devra être abaissé sous 500 euro / kWh pour atteindre ce marché.
Certains fabriquants chinois proposent au 15/06/2011 des accumulateurs de 3.2V 16 Ah (soit 51 Wh) pour 21 $, soit 15 euro(1.41 $ / 1 euro), ce qui donne un prix du kWh à 300 euro environ. Attention, ce type de batteries requière l'utilisation de BMS (sécurités), le BMS rajoute environ 20% au prix.
Cependant des recherches sont encore en cours pour s'assurer de leur durée de vie, amener leur capacité au niveau des autres techniques Li-ion et, à long terme améliorer leur tenue à des températures élevées : il semblerait que la dissolution du fer (favorisée par la température) nuise à la cyclabilité de ce type d'accumulateur.
Une équipe du MIT a mis au point, en mars 2009, un procédé permettant de doper considérablement la vitesse de charge des accumulateurs lithium-ion que l'on retrouve dans la plupart de nos appareils high-tech. Dès 2009 en Europe, une petite voiture entièrement électrique devrait rouler avec cet accumulateur dont le temps de charge est bien plus court que les modèles antérieurs
Détail
Caractéristiques
énergie / Poids
100 à 200 Wh / kg
énergie / Volume
200 à 400 Wh / l
Rendement charge-décharge
90%
Auto-décharge
1% à 10% par mois
Durée de vie de 7 ans
Nombre de cycles de charge
1200 cycles
Tension nominale par élément
3,6 ou 3,7 V

Batterie lithium silicium

La société PROLLION vient d'annoncer la mise sur le marché de la batterie EnerSi 250, la puissance de celle çi est de 250 Wh / kg.
Cette énergie massique obtenue grâce à une électrochimie à base de Silicium lui permet d'offrir une autonomie, une puissance et une sécurité exceptionnelles.
Détail
énergie / poids
250 Wh / kg
énergie / volume
480 Wh / l
tension nominale par élément
3,40 volt
Ce type de batterie est particulièrement adapté à des applications nécessitant une grande autonomie, de forts appels de puissance et ayant besoin de plusieurs centaines de cycles de charge et de décharge, comme les systèmes de sécurité ou les radiocommunications et autres systèmes portables militaires.

Batterie lithium-soufre

Détail
énergie-poids
300-500Wh / k
rendement charge-décharge
80%
nombre de cycles de charge
1500 cycles
Le premier avantage du modèle lithium-soufre est que l'anode n'est pas constituée comme habituellement de lithium mais d'un composé silicium-carbone. Ce composé est significativement plus stable car il se modifie moins lors de la charge. Cela représente un avantage important car plus l'anode d'une batterie se modifie, plus elle interagit avec l'électrolyte liquide : ce processus amène l'électrolyte à se décomposer en gaz et en solide, ce qui assèche la batterie. Dans les cas les plus extrêmes, l'anode grandi jusqu'à entrer en contact avec la cathode ce qui produit un court-circuit et rend la batterie inutilisable.
Il restait cependant un défi à relever par l'équipe : le soufre interagit aussi avec l'électrolyte liquide, ce qui diminue les performances des batteries jusqu'à leur faire perdre toute leur capacité. Pour répondre à ce problème, l'équipe de l'IWS a décidé d'utiliser du carbone poreux.

batterie oxyde d'argent-aluminium

à la fin des années 80, le programme JFP entre la France, l'Allemagne et l'Italie a été mis en place afin de définir un nouveau système de propulsion électrique pour les torpilles lourdes. La technologie de batteries oxyde d'argent-aluminium (AgO-Al) a été retenue car pour une même masse et un même volume, elle permet de délivrer le double d'énergie et de puissance d'une batterie conventionnelle Ag-Zn. De plus, la technologie AgO-Al offre une capacité de stockage à long terme jusqu'à 12 ans sans maintenance aucune.
Détail
Principales applications
torpilles légères (MU90)
torpilles lourdes (Blackshark)
Avantages
Délivre le double d'énergie et de puissance d'une batterie conventionnelle Ag-Zn
Aucune maintenance nécessaire
Capacité de stockage à long terme jusqu'à 12 ans

batterie oxyde d'argent-zinc

Le couple argent-zinc est utilisé pour réaliser des batteries primaires ou secondaires (rechargeables).Dans les éléments pour batteries primaire, l'anode est constituée de zinc et la cathode d'oxyde d'argent. Dans les éléments pour batteries secondaires, l'anode est constituée d'oxyde de zinc et la cathode d'argent.L'électrolyte est à base de potasse dans tous les cas. La tension du couple est 1,65 V.
Détail
principales applications
torpilles militaires
le guidage,le pilotage,l'activation des pompes du lanceur Ariane
les batteries rechargeables sont utilisées pour l'exercice
les batteries primaires servent au combat.
Pour des raisons de sécurité et de préservation des performances (8+ ans de stockage), la pile n'est activée qu'au dernier moment par injection de l'électrolyte.Les batteries argent-zinc se distinguent par leur densité d'énergie et leur puissance.

batterie chlorure d'argent-magnésium

Les batteries Saft au chlorure d'argent-magnésium (AgCl-Mg) sont conçues pour la propulsion de torpilles légères de combat telles que les torpilles Stingray et la série A244. Saft est l'unique fournisseur de batteries V616 et SV616 accrédité pour les torpilles A244. Les torpilles A244, équipées des batteries V616, ont été employées avec succès par 14 marines nationales à travers le monde, en particulier en Amérique du Sud, en Asie et en Europe du Sud et du Nord.
Détail
Principales applications
Stingray de BAE
A244 (mod 0, mod 1, mod 2, mod 3) de Whitehead Alenia Systemi Subacquei (WASS)
Avantages
Sécurité maximale
Capacité de stockage à long terme

Les batteries AGM

Détail
énergie-poids
37.3 Wh / k
énergie-volume
103 Wh / l
durée de vie
3 à 5 ans
nombre de cycle de charge
300 à 900
tension nominal par élément
1.9 à 2.1 volts
Ce nouveau type de batterie scellée utilise la technologie "Absorbed Glass Mat Batteries". Cette technologie utilise entre les plaques de plomb de la batterie une fine feuille de fibre de Boron-Silicate. Cette fine feuille est imbibée d'électrolyte (70% d'eau et 30 % d'acide) qui entre en contact avec les plaques. Ces batteries possèdent les mêmes qualités que les batteries au gel et permettent plus d'erreur de manipulations.
Les batterie AGM possèdent beaucoup d'avantage en comparaison avec les batteries acide-plomb conventionnelle et les batteries au gel:
Comme l'électrolyte est imbibée dans la fibre elle ne peut pas couler même en cas de bris du boîtier de la batterie, par ce fait même le transport en est beaucoup plus aisé et sans danger. N'ayant pas de liquide, les AGM sont très peu sensibles aux effets dommageables du gel.
A peut près toutes les batteries de AGM sont de type "recombinant", c'est à dire que l'oxygène et l'hydrogène se lient et se délient à l'intérieur de la batterie sans dégagements gazeux à l'extérieur. La phase gazeuse lors de la charge de la batterie transfert l'oxygène vers les plaques négatives pour la transformer en eau, ce qui évite toute perte d'eau. Cette action est efficace à plus de 99 % rendant négligeable la perte d'eau.
Le voltage de charge des AGM est exactement le même que celui des batteries acide-plomb conventionnelles ce qui nécessite aucun ajustement quelque soit le type de régulateur utilisé lors de la charge (chargeur, alternateurs, panneau solaire, éoliennes etc..).
La résistance interne des AGM étant extrêmement faible, il n'y a que peu de dégagement de chaleur interne lors de la charge ou de la décharge. Ce phénomène permet une grande souplesse des taux de charge et de décharge
Autre avantage les AGM ont un taux d'autodécharge très faible, de l'ordre de 1% à 3% par mois. Ce faible taux permet un entreposage durant de longues périodes sans fréquentes recharge comme avec les batteries standard.
En cas de surcharge sévère (régulateur défectueux ou inexistant) les émissions d'hydrogène sont en dessous de 4% ce qui correspond aux normes sévères de l'aviation et des espaces clos.
Les plaques des AGM étant étroitement comprimées et solidement fixées par le haut et le bas dans la cellule, la résistance aux chocs et aux vibrations est nettement supérieure aux batteries conventionnelles.
Pour nos bateaux les AGM sont idéales: pas d'entretien (ce qui permet de la placer dans des endroits inaccessibles), pas de dégagement gazeux (pas de danger d'explosion et de nuisance pour la santé de l'équipage) utilisation des taux de charge conventionnels ce qui permet alors d'utiliser n'importe quel système de charge standard, entretien minimum lors de l'hivernage et enfin aucune coulée d'acide dans les fonds.

Batterie aluminium air

Détail
énergie-poid
1300 Wh / k
puissance
200 watt par kg
tension nominal par élément
1.2 volt
Batteries d'aluminium ou batteries en aluminium sont généralement connus comme batteries d'aluminium-air ou batteries d'Al-air, puisqu'ils produisent l'électricité à partir de la réaction de l'oxygène dans air avec aluminium. Ils ont la densité de l'énergie la plus élevée de toutes les batteries, mais ils ne sont pas employés couramment en raison des problèmes de coût, durée de conservation, temps de mise en train et déplacement de sous-produit, qui ont limité leur utilisation principalement aux applications militaires. Un véhicule électrique avec des batteries d'aluminium a pu avoir potentiellement dix à quinze fois la gamme des batteries d'acide de plomb avec un poids total bien plus petit.
l'Al-air sont les batteries primaires, c.-à-d., non-rechargeables et peuvent également être considérés comme pour être cellules de carburant. Une fois que l'anode d'aluminium est consommée par sa réaction à l'oxygène atmosphérique à une cathode immergée dans un électrolyte à base d'eau à la forme hydratée oxyde d'aluminium, la batterie ne produira plus l'électricité. Cependant, il peut être possible de recharger mécaniquement la batterie avec de nouvelles anodes d'aluminium faites à partir de réutiliser l'oxyde d'aluminium hydraté. En fait, la réutilisation de l'oxyde d'aluminium formé sera essentielle si des batteries d'air d'aluminium doivent être largement adoptées.
électrochimie
anode oxydation moitié-réaction est : Al + 3OH- Al de (OH)3 + 3e-
cathode la moitié-réaction de réduction est : O2 + 2H2O + 4e- 4OH-
Toute la réaction est : 4Al + 3O2 + 6H2 4Al (OH) d'O3
Environ 1.2 volt différence potentielle est créé par ces réactions. La tension de cellules avec l'électrolyte d'eau de mer est autour seulement 0.7 V. L'utilisation de l'électrolyte d'hydroxyde de potassium mène à une tension de cellules de 1.2 V.
Il y a quelques problèmes techniques à résoudre toujours cependant pour rendre des batteries d'Al-air appropriées aux véhicules électriques actionnants. Des anodes faites d'aluminium pur sont corrodées par l'électrolyte, ainsi l'aluminium est habituellement allié avec l'étain ou d'autres éléments de propriété industrielle. L'alumine hydratée qui est créée par la réaction de cellules forme une substance colloïdale à l'anode et réduit le rendement de l'électricité. C'est une question qui est abordée dans le travail de développement sur des cellules d'Al-air. Par exemple, on a développé des additifs qui forment l'alumine comme poudre plutôt qu'un gel. En outre des alliages se sont avérés pour former moins de gel que l'aluminium pur.
Des cathodes modernes d'air sont faites à partir PTFE et Carbone couches entourant un catalyseur et un a Nickel mousse. L'oxygène de l'air traverse PTFE répand alors par l'électrolyte pour atteindre l'anode d'aluminium. Ces cathodes fonctionnent bien mais elles peuvent être chères.
Les batteries traditionnelles d'Al-air ont eu une durée de conservation limitée parce que l'aluminium mis à réagir avec l'électrolyte et l'hydrogène produit quand la batterie était non utilisable - bien que ce ne soit plus le cas avec des conceptions modernes. Ces batteries ont été utilisées comme des batteries de réservation dans quelques centraux téléphoniques, comme source d'énergie de secours. des batteries d'Al-air ont pu être utilisées pour actionner des ordinateurs portables et des téléphones portables et sont développées pour un tel usage.

batterie de Zinc-air

Détail
énergie-poid
370 Wh / k
tension nominal des éléments
1.35 à 1.65 volt
batteries de Zinc-air (non-rechargeable) et zinc-air cellules de carburant, (mécanique-rechargeable) soyez batteries électrochimiques actionné par oxydation de zinc avec l'oxygène de l'air. Ces batteries ont la haute densités d'énergie et soyez relativement peu coûteux de produire. Ils sont employés dedans prothèses auditives et dans expérimental véhicules électriques. Ils peuvent être une partie importante d'un futur économie de zinc.
Des particules du zinc sont mélangées à l' électrolyte (habituellement hydroxyde de potassium solution), l'eau et l'oxygène de l'air réagissent au cathode et forme hydroxyles ce qui émigrent dans la pâte de zinc et forment le zincate (Zn (OH)42-), auquel point électrons sont libérés et voyagent à la cathode. Le zincate se délabre dans oxyde de zinc et l'eau est libérée de nouveau dans le système. L'eau et les hydroxyles du anode sont réutilisés à la cathode, ainsi aux services de l'eau seulement comme catalyseur. Les réactions produisent un maximum niveau de 1.65 volts, mais ceci est réduit à 1.4-1.35 V en réduisant la circulation d'air dans la cellule ,ceci est habituellement fait pour que des batteries de prothèse auditive réduisent le taux de l'eau se desséchant.
La limite cellule de carburant de zinc-air se rapporte habituellement à une batterie de zinc-air en laquelle du carburant de zinc est complété le niveau et la perte d'oxyde de zinc est enlevée sans interruption. Ceci est accompli en poussant la pâte ou les granules d'électrolyte de zinc dans une chambre d'anode. L'oxyde de rebut de zinc est pompé dans un réservoir ou un réservoir souple de rebut à l'intérieur du réservoir de carburant et la pâte ou les granules frais de zinc sont pris du réservoir de carburant. La perte d'oxyde de zinc est pompée dehors à une station de réapprovisionnement en combustible et envoyée à une usine de réutilisation. Alternativement, cette limite peut se rapporter à un système électrochimique derrière le auquel le zinc est employé comme Co-réactif pour aider la réforme hydrocarbure carburants sur une anode d'une cellule de carburant.
les batteries de Zinc-air ont des propriétés des cellules de carburant aussi bien que des batteries : le zinc est le carburant, le taux de la réaction peut être commandé en commandant la circulation d'air et la pâte utilisée de zinc / électrolyte peut être enlevée de la cellule et être remplacée avec la pâte fraîche. La recherche est conduite dans des véhicules électriques actionnants avec des batteries de zinc-air.
Formules de réaction
Voici équations chimiques pour la cellule de zinc-air :
Détail
Anode : Zn + 4OH- Zn de (OH)42- + 2e- (E0 = - 1.25 V)
Fluide : Zn (OH)42- ZnO + H2O + 2OH-
Cathode : O2 + 2H2O + 4e- 4OH- (E0 = 0.4 V)
De façon générale : 2Zn + O2 2ZnO (E0 = 1.65 V)
Alternativement la réaction est énoncée sans utilisation de zincate, mais c'est imprécise :
Détail
Anode : Zn + 2OH- Zn de (OH)2 + 2e- (E0 = - 1.25 V)
Cathode : O2 + 2H2O + 4e- 4OH- (E0 = 0.4 V)
De façon générale : 2Zn + O2 + 2H2 2Zn (OH)
d'O2 (E0 = 1.65 V)
Un inconvénient important est que le zinc n'est pas liquide et ne peut pas être pompé comme carburant. Mais il peut être pompé comme granules. Cellules de carburant l'employer (le zinc-air batterie est considéré a cellule primaire et est non-rechargeable) devrait vider le zinc épuisé et être réapprovisionné en combustible rapidement. Le zinc-oxyde épuisé serait réduit à un service local dans le zinc.
De l'hydrogène produit du zinc et de l'eau pourrait être brûlé dans des moteurs à combustion interne conventionnels, bien que ceci fournisse un moteur loin moins puissant qu'un moteur hydrocarbure-actionné ,une meilleure alternative serait l'utilisation des moteurs électriques de rendement élevé d'exploiter la puissance produite par une batterie de zinc-air et de conduire le véhicule.
Avantage
Le zinc a un certain nombre d'avantages par rapport à l'hydrogène comme énergie-porteur. les batteries de cellules de Zinc-air sont déjà assez efficaces pour l'usage pratique dans des véhicules. Le zinc pur est non-toxique et sensiblement plus facile à stocker que l'hydrogène et peut être traité par électrochimie à base d'eau.

Lithium air


La batterie Lithium-air, qui utilise l'oxygène de l'air pour fonctionner,peut potentiellement atteindre 2000Wh / kg, soit 10 fois plus que les batteries lithium-ion.Cette thèse vise à étudier et optimiser cette technologie émergente, aussi bien au niveau des matériaux d'électrode et de l'électrolyte que de la conception de la batterie.
La pile lithium-air met en oeuvre le couple lithium-dioxygène qui offre une densité énergétique très élevée (typiquement entre 1700 et 2400 Wh / kg en pratique pour un chiffre théorique de 5200 Wh / kg
L'arrivée du Lithium Air dans les années à venir va amplifier considérablement la révolution électrique qui ne fait que commencer. Ce genre d'innovation, couplée aux bornes de recharge ultra-rapide va conduire inexorablement à la chutte pour les voitures à pétrole.

Batterie fondue de sel

Détail
énergie-poid
90 Wh / k
puissance
150 W-kg
Batteries fondues de sel sont une classe de cellule primaire et cellule secondaire à hautes températures batterie électrique cette utilisation sels fondus en tant que électrolyte. Ils offrent une densité d'énergie plus élevée par le choix approprié des paires de réactif aussi bien qu'une densité de puissance plus élevée au moyen d'une haute conductivité fondu sel électrolyte. Ils sont employés dans les services où haut densité d'énergie et haut densité de puissance sont exigés. Ces dispositifs font aux batteries fondues rechargeables de sel une technologie prometteuse pour actionner véhicules électriques. Les températures de fonctionnement de 400 à 700°C cependant apportent des problèmes des exigences plus rigoureuses thermiques de gestion et de sûreté et d'endroits sur le reste des composants de batterie.
Cellules primaires
Visé As batteries thermiques l'électrolyte est plein et inactif aux températures ambiantes normales.Des batteries thermiquement déclenchées ont été conçues par les Allemands pendant le WW II et ont été utilisées dans les fusées V2. Dr. Georg Otto Erb est crédité de développer la batterie de fondu-sel qui a employé la chaleur de la fusée pour maintenir le sel liquide pendant sa mission. La technologie a été apportée de nouveau aux Etats-Unis en 1946 et a été immédiatement adaptée pour remplacer les systèmes liquide-basés ennuyeux qui avaient été précédemment employés dans des fusibles de proximité d'artillerie.
Ces batteries ont été utilisées pour des applications d'artillerie depuis la deuxième guerre mondiale et, suivant à cela, dans des armes nucléaires. Ils sont la source d'énergie primaire pour beaucoup de missiles tels que Sidewinder, patriote, remorquage, Tomahawk, croisière etc. Dans des ces batteries l'électrolyte est immobilisé si fondu par une catégorie spéciale de l'oxyde de magnésium qui la tient en place par l'action capillaire. Ce mélange en poudre est serré dans des granules pour former un séparateur entre l'anode et la cathode de chaque cellule dans la pile de batterie. Tant que l'électrolyte (sel) est plein, la batterie est inerte et reste inactive. Chaque cellule contient également une source pyrotechnique qui est employée pour chauffer la cellule à la température de fonctionnement typique de 400 - 550C.
Il y a deux types de conception. On emploie une bande de fusible (contenant le chromate de baryum et le métal en poudre de zirconium dans un papier en céramique) le long du bord des granules de la chaleur pour lancer la brûlure. La bande de fusible est typiquement mise le feu par une bougie ou un pétard électrique (match) par application d'une tension à travers elle. La deuxième conception emploie un trou central au milieu de la pile de batterie dans laquelle la bougie électrique de grande énergie met le feu à un mélange des gaz chauds et des particules incandescentes.
La conception de centre-trou accorde des temps beaucoup plus rapides d'activation (dizaines de millisecondes) contre les centaines de millisecondes pour bord-dépouillent la conception. L'activation de batterie peut également être accomplie par une amorce de percussion, semblable à une coquille de fusil de chasse. On le désire que la source pyrotechnique soit gasless. La source de chaleur standard se composent typiquement des mélanges de poudre de fer et de perchlorate de potassium dans des rapports de poids en général de 88 / 12, de 86 / 14 et de 84 / 16. Plus le niveau de perchorate de potassium est élevé, plus calories de la chaleur dégagée sont hautes les 297 (nominalement 200, 259 et / gramme, respectivement).
Cette propriété de stockage non activé a le double avantage d'éviter la détérioration des matériaux actifs pendant le stockage et en même temps elle élimine la perte de capacité due à la décharge spontanée jusqu'à ce que la batterie s'appelle dans l'utilisation. Ils peuvent être stockés ainsi indéfiniment (sur 50 ans) pourtant fournir le plein pouvoir dans un instant où on l'exige. Une fois qu'activés, ils fournissent un éclat élevé de puissance pendant une période courte (quelques dizaines de secondes) plus d'à 60 minutes ou à plus, en rendement de puissance s'étendant d'uns watts à plusieurs kilowatts.
Les possibilités de puissance élevée sont dues à la conductivité ionique très élevée du sel fondu, qui est trois ordres de grandeur ou plus plus grand que cela de l'acide sulfurique dans une batterie de voiture d'acide de plomb. Des batteries thermiques plus anciennes ont employé calcium ou magnésium anodes, avec des cathodes de chromate de calcium ou d'oxydes de vanadium ou de tungstène, mais de lithium - les anodes d'alliage ont remplacé ces derniers dans les années 80, avec des alliages de lithium-silicium étant favorisés au-dessus des alliages plus anciens de lithium-aluminium. La cathode correspondante pour l'usage avec les anodes de lithium-alliage est principalement le bisulfure de fer (pyrite) avec du bisulfure de cobalt étant employé pour des applications de haute puissance.
L'électrolyte est normalement un mélange eutectique de lithium et chlorures de potassium. Plus récemment, l'autre bas-fonte, électrolytes eutectiques basés sur le bromure de lithium, bromure de potassium et chlorure ou fluorure de lithium ont été également employés pour fournir de plus longues vies opérationnelles ; ils sont également de meilleurs conducteurs. Le prétendu électrolyte de tout-lithium basé sur le chlorure de lithium, le bromure de lithium et le fluorure de lithium (aucuns sels de potassium) est également employé pour des applications de haute puissance, en raison de sa conductivité ionique élevée.
Ces batteries sont utilisées presque exclusivement pour armes les monocoup militaires d'IE d'applications comme missiles guidés. Cependant, la même technologie a été également étudiée par des laboratoires d'Argonne National dans les années 80 pour l'usage possible dans des véhicules électriques, puisque la technologie est rechargeable.
Cellules secondaires
Depuis les milieux des années 60 beaucoup de travail de développement a été entrepris sur employer rechargeable de batteries sodium (Na) pour négatif électrodes. Le sodium est attrayant en raison de sa haute potentiel de réduction de -2.71 volts, son bas poids, sa nature non-toxique, son abondance relative et disponibilité et son à prix réduit. Afin de construire les batteries pratiques le sodium doit être employé en forme liquide.
Depuis point de fusion de sodium est 98°C que ceci signifie que le sodium basé des batteries doit fonctionner à températures élevées, typiquement au-dessus de 270°C.
Les batteries de sodium / soufre et de lithium / soufre comportent deux des systèmes plus avançés des batteries fondues de sel. Batterie de NAS a atteint une étape développementale plus avançée que ses contre-parties de lithium ,il est plus attrayant puisqu'il utilise les matériaux bon marché et abondants d'électrode.
Ainsi la première batterie commerciale produite était la batterie de sodium / soufre qui a employé le liquide soufre pour l'électrode et l'a positifs en céramique tube de électrolyte de solide de bêta-alumine (BASE) pour l'électrolyte. La corrosion des isolateurs s'est avérée un problème dans l'environnement chimique dur pendant qu'ils devenaient graduellement conducteurs et le taux de décharge spontanée augmentait.
Un autre problème de dendritique-sodium la croissance dans des batteries de Na / S a mené au développement de la batterie de zèbre.
Batterie de zèbre
batterie de zèbre, qui fonctionne à 250°C, utilise le chloroaluminate fondu (NaAlCl4), qui a un point de fusion du °C approximativement 160, comme électrolyte. L'électrode négative est sodium fondu. L'électrode positive est nickel dans l'état déchargé et chlorure de nickel dans l'état chargé. Puisque le nickel et le chlorure de nickel sont presque insoluble dans le neutre et de base on laisse des fontes, contact d'intime, fournir petit résistance pour charger le transfert. Depuis des les deux NaAlCl4 et le Na sont liquide à la température de fonctionnement, une b-alumine de sodium-conduite en céramique est employé pour séparer le sodium liquide du NaAlCl fondu4.
Cette batterie a été inventée en 1985 par un groupe mené par le Dr. Johan Coetzer au CSIR dans Pretoria, Afrique du Sud, par conséquent la batterie nommée de zèbre (pour le projet de l'Afrique de recherches de batterie de zéolite) et a été en cours de développement pendant presque 20 années. Le nom technique pour la batterie est Na-NiCl2 batterie.
La batterie de ZèBRE a une énergie et une puissance spécifiques attrayantes (90 Wh / kg et 150 W / kg). L'électrolyte liquide gèle au °C 157 et la gamme de température de fonctionnement normale est 270-350 °C. L'électrolyte plein de b-alumine qui a été développé pour ce système est très stable, au métal de sodium et au chloroaluminate de sodium.
Si non utilisables, les batteries de zèbre exigent typiquement être parti sous la charge, afin d'être opérationnel une fois nécessaires. Si arrêté, on doit lancer un processus reheating qui peut avoir besoin de jusqu'à deux jours pour reconstituer le paquet de batterie à la température désirée et pleine charge. Cette fois reheating cependant changera selon état-de-chargent des batteries à l'heure de leur arrêté, batterie-emballent la température et la puissance disponible pour reheating. Après qu'un plein arrêté du paquet de batterie, trois à quatre jours s'écoule habituellement avant qu'un paquet plein-chargé de batterie perde toute sa chaleur significative.

batterie SCIB

La Super Charge Ion Battery, ou SCiB, est une batterie développé par Toshiba.
Détail
Durée de vie : 10 ans
Nb de cycles de charge/décharge : 6000 (soit 10 fois plus que pour les batteries standards)
Vitesse de rechargement : 9 fois plus vite qu'une batterie lithium-ion (c'est son atout principal)
Plus de sécurité que les batteries lithium-ion
Moins de difficultés à contrôler électroniquement (charge, maintien en charge, capacité à débiter du courant)
Mais avec un inconvénient :
3 fois moins de capacité à poids égal qu'une batterie lithium-ion
Caractéristiques techniques
Anode : Oxide Lithium-Titane
Cathode : Matériau à électrode négative
Stabilité thermique (chauffe peu)
Point éclair élevé (peu de court circuits)
Structure interne résistante aux courts-circuits
Faibles risques de combustion / rupture
10% de perte de capacité obtenus au bout de 3000 cycles décharge / Charge rapide.
Cycle de vie 6000 charges / décharges (cycle de vie = perte de capacité inférieure à 20%)
Charge très rapide (90% atteints en 5-10min)
Plage de température de fonctionnement de -40°C à 60°C
Tension d'une cellule SCiB : 2,4V
Densité : 1,48
Densité énergétique env. 50Wh / kg
Densité de puissance : env. 3 kW/kg
Usage de produits polluants réduits
La charge rapide n'est pas une caractéristique directe de la batterie. Ce sont tous ses éléments de robustesse (stabilité thermique, point éclair élevé, structure interne résistante aux court-circuits) qui permettent d'utiliser des courants plus forts sans risques d'explosion.

Batterie organique à base de quinone


Deux chercheurs de l'université de Heidelberg ont mis au point une batterie rechargeable dont l'énergie électrique est stockée par de la matière organique,ils ont en effet réussi a stocker deux fois plus d'énergie dans cette matière que dans un accumulateur traditionnel qui utilise des oxydes de métaux lourds comme accumulateur de charge.
Cette nouvelle batterie est deux fois plus puissante qu'une pile traditionnelle, a poids égal,la matière organique qui la constitue est composée de quinones, les accumulateurs peuvent donc être fabriques de façon simple et a moindre frais et sont écologiques car ne contiennent pas de métaux lourds.
Les quinones constituent une série de diènes plutôt que des composés aromatiques comportant un noyau de benzène sur lequel deux atomes d'hydrogène sont remplacés par deux oxygènes formant deux liaisons carbonyles (dicétones éthylèniques conjuguées cycliques).
Les quinones sont des transporteurs d'électrons dans la membrane mitochondriale interne et dans la membrane des thylakoïdes.
Les principales quinones sont :
la benzoquinone ou quinone (C6H4O2), découverte en 1838 par Wosrerenski, chimiste polonais, dont on utilise les propriétés rédox dans la technique de développement photographique. C'est l'un des deux isomères de la cyclohexadienedione.
orthobenzoquinone parabenzoquinone naphtoquinone anthraquinone

tableau comparatif

Type Densité massique en Wh / kg Densité volumique en Wh / l Tension d'un élément puissance en pointe(massique) en W/kg Durée de vie Autodécharge par mois en % Plomb / acide 30-50 75-120 2.25 V 700 400-800 5% Ni-Cd 45-80 80-150 1,2 V - 1500-2000 20% Ni-MH 60-110 220-330 1,2 V 900 800-1000 30% Ni-Zn 70-80 120-140 1,65 V 1000 1000 20% Na-NiCl2 (ZEBRA) 120 180 2,6 V 200 800 100%(12% / jour) Pile alcaline 80-160 - 1,5-1,65 V - 25 à 500 0,3% Sodium - soufre 175 - 2,08 V - 1000 - Li-ion 90-180 220-330 3,6 V 1500 500-1000 10% Li-Po 100-130 - 3,7 V 250 200-300 10% Lithium phosphate 120-140 190-220 3,2V 800 2000 5% Lithium metal polymer 110 110 2,6V 320 - - Li-Air 1500-2500 - 3,4 V 200 - - Li-silicium 250 480 3,4 V - - - Zinc - argent 200 - - - - -

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