Accumulateur lithium
Accumulateur lithium de Varta,
Caractéristiques
Énergie/Poids	100 à 250 (théorique) Wh/kg
Énergie/Volume	200 à 620 Wh/ℓ
Rendement charge-décharge	90 %
Auto-décharge	1 % à 10 % par mois
Durée de vie	7 ans
Nombre de cycles de charge	1 200 cycles
Tension nominale par élément	3,6 ou 3,7 V

.Un accumulateur lithium est un accumulateur électrochimique dont la réaction est fondée sur l’élément lithium.

L'astromobile Opportunity possède une batterie au lithium-ion rechargeable avec ses panneaux solaires. Il a fonctionné pendant de nombreuses années malgré un froid intense à −100 ° C sur la planète Mars.

Trois sortes d'accumulateurs

Il existe trois sortes principales d'accumulateurs lithium :

1. l'accumulateur lithium métal, où l'électrode négative est composée de lithium métallique (matériau qui pose des problèmes de sécurité)
2. les accumulateurs 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).
3. Les accumulateurs lithium-polymère sont une variante et une alternative aux accumulateurs lithium-ion, ils délivrent un peu moins d'énergie, mais sont beaucoup plus sûrs.

Contrairement aux autres accumulateurs, les accumulateurs lithium 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 lithium ion. Ceci explique la profusion de variantes existantes, face à la constance observée avec les autres couples. Il est donc délicat de tirer des règles générales à propos de cet accumulateur, les marchés de fort volume (électronique nomade) et de fortes énergies (automobile, aéronautique, etc.) n'ayant pas les mêmes besoins en termes de durée de vie, de coût ou de puissance.

Accumulateur lithium-ion

La tension nominale d’un élément Li-Ion est de 3,6 V ou 3,7 V. La densité énergétique des accumulateurs Lithium-ion peut atteindre un niveau de 200 Wh/kg.

Accumulateur lithium-ion polymère (Li-Po)

L'électrolyte est un polymère gélifié. L'accumulateur Li-Po utilise un principe de fonctionnement semblable aux accumulateurs Li-ion et a des caractéristiques proches.

Avantages

• Piles et batteries pouvant prendre des formes fines et variées (carte de crédit).
• Peuvent être déposées sur un support flexible.
• Faible poids (le Li-Po permet parfois d'éliminer la lourde enveloppe de métal).
• Plus sûres que les Li-ion (plus résistantes à la surcharge et aux fuites d'électrolytes).

Faiblesses

• Densité énergétique plus faible que les Li-ion.
• Plus cher que le Li-ion.
• Charge soumise à des règles strictes sous peine de risque d'inflammation.
• Moins de cycles de vie.

Utilisation

Des accumulateurs lithium-polymère sont couramment utilisés pour la fourniture d'énergie aux modèles réduits (voiture, avion, drone, etc.), aux ULM's et paramoteurs, aux véhicules électrique terrestre^{[réf. souhaitée]}, vélos, motos, scooters, karting ainsi qu'aux bateaux en motorisation principale ou de secours. Les sociétés Yuneec (Chine) et Electravia (France) utilisent par exemple, depuis 2007, des batteries lithium-polymère industrielles pour faire voler leurs avions. Les systèmes électroniques de surveillance (BMS et PCM) permettent de sécuriser l'emploi de ces batteries dans le domaine aéronautique.

C'est également grâce à cette technologie4 que, le 7 avril 20105, le Solar Impulse, un prototype d'avion solaire, a effectué avec succès son premier vol au départ d'une base aérienne située en Suisse.

La tension d'un élément Li-Po est de 3,7 V ; plusieurs éléments sont généralement assemblés en « packs »:

• les tensions sont additionnées, dans le cas d'un assemblage en série (3,7 V ; 7,4 V ; 11,1 V, etc.)
• La capacité du pack est la somme de celles de chaque élément dans le cas d'un assemblage en parallèle.

Elles sont de plus en plus utilisées pour les vélos à assistance électrique, avec couramment une tension de25,9 V avec 7 éléments en série.

Accumulateur lithium-air

L'accumulateur lithium-air met en œuvre le couple lithium-dioxygène qui offre une densité énergétique très élevée (typiquement entre 1 700 et 2 400 Wh/kg en pratique pour un chiffre théorique de 5 000 Wh/kg6). Cela est dû au fait d'une part que l'un des composants (l'oxygène) reste disponible et inépuisable sans être stocké dans l'accumulateur (comme dans la plupart des piles et accumulateurs à air), mais surtout à la faible masse atomique et aux forts potentiels redox du lithium et de l'oxygène. Délivrant une tension de 3,4 V, elle présente toutefois certains inconvénients  : corrosion, nécessité de filtres (exige un air très pur) et faible puissance spécifique (200 W/kg - 500 W/L). Ces batteries ne sont pas encore commercialisées et nécessiteront encore des années de recherche en laboratoire7.

En janvier 2013, BMW et Toyota collaborent afin de développer la prochaine génération de batteries lithium-air, qui seront utilisées dans des véhicules hybrides et électriques8,9.

Accumulateur lithium-fer-phosphate (LFP)

Dans un accumulateur lithium à technique phosphate, les cathodes standard LiCo_xNi_yAl_zO₂ sont remplacées par le phosphate de fer lithié LiFePO₄, matériau peu cher car ne contenant pas de métaux rares et de plus non toxiques contrairement au cobalt. De plus, cette cathode est très stable et ne relâche pas d'oxygène responsable des explosions et feux des accumulateurs Li-ion la rendant plus sûre10.

Pour un développement industriel dans le véhicule électrique (contenant de l'ordre de 30 kWh d'accumulateurs) une baisse de prix est impérative. En 2007 le coût d'un accumulateur LFP est de plus de 1 000 €/kWh et doit être abaissé sous 500 €/kWh pour atteindre ce marché. Certains fabricants chinois proposent au 15 juin 2011 des accumulateurs de 3,2 V 16 Ah (soit 51 Wh) pour 21 $, soit 15 €11, ce qui donne un prix de 300 €/kWh environ^]. Attention, ce type de batteries requiert 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.

En mars 2009, une équipe du MIT a mis au point 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. Cette découverte ouvre de nouvelles possibilités dans le domaine des voitures électriques dont le principal problème, outre le coût est le temps de recharge des accumulateurs.

Caractéristiques

• Sa densité massique est de 131 Wh/kg, et la densité volumique est de 247 Wh/l, c'est donc une batterie puissante, mais lourde pour sa taille. Sa puissance spécifique est très élevée : jusqu'à 2700 W/kg et 6000 W/l. Toutes ces valeurs sont pour le modèle prismatique de A123, les autres modèles étant plus lourds et moins puissants.

• La durée de vie (80 % de capacité) annoncée des batteries est de l'ordre de 7 ans et 3000 cycles à +1/-1C à 23°C, ou 3000 cycles +1.2/-2C à 45°C, ou encore 3 ans et 1500 cycles à +1.2/-8C à 23°C. Il semblerait que les batteries supportent bien les hautes puissances et hautes températures mais que cela dégrade leur durée de vie.

Avantages

• Longue durée de vie sauf en utilisation intensive.
• Entièrement solide (pas de risque d'explosion).
• Puissance massique et volumique élevée.
• Résistance série faible (6 à 10 mohm) donc faibles pertes dans la batterie.

Inconvénients

• Prix élevé, car la technologie est complexe.
• Tension plus faible, gênant pour fabriquer les batteries de traction des véhicules électriques à haute tension.
• Durée de vie faible en utilisation très intensive (> 50°C).

Accumulateur lithium métal polymère (LMP)

Des batteries LMP, visant le marché automobile, sont développées par deux sociétés : Batscap (Ergué-Gabéric, France) et Bathium (ex-Avestor) (Boucherville, Québec). Cette dernière a été rachetée le 6 mars 2007 par le groupe français Bolloré (propriétaire à 95 % de Batscap) en prévision de son utilisation sur le véhicule électrique du groupe : la Bluecar qui est en particulier utilisée dans le réseau en autopartage Autolib de Paris.

Les accumulateurs LMP se présentent sous la forme d'un film mince enroulé. Ce film, d'une épaisseur de l'ordre d'une centaine demicromètres, est composé de 5 couches :

1. Isolant
2. Anode : feuillard de lithium
3. Électrolyte : composé de polyoxyéthylène (POE) et de sels de lithium 16.
4. Cathode : composée d'oxyde de vanadium, de carbone et de polymère 16.
5. Collecteur de courant : feuillard de métal, permettant d'assurer la connexion électrique.

Caractéristiques

• La densité massique est de 110 Wh/kg17 soit une densité d'énergie près de 2,5 fois plus élevée que les batteries au plomb (~40 Wh/kg), à poids égal car la structure en film mince est légère et maximise la surface de stockage utile d'énergie.

• Il n'y a pas d'effet mémoire, on n'a donc pas besoin de vider complètement l'accumulateur avant de le recharger, comme avec d'autres technologies lithium.

• La durée de vie annoncée des batteries utilisant cette technique est de l'ordre de dix ans.

Avantages

• Entièrement solide (pas de risque d'explosion).
• Faible auto-décharge.
• Pas de polluant majeur dans la composition de l'accumulateur (sauf si utilisation d'oxyde de vanadium).

Inconvénients

• Fonctionnement optimal à température élevée, ce qui a pour conséquence que l'électrolyte « nécessiteraient d’être maintenue à 80°C en permanence »18, avéré pour les batteries Batscap, ayant une température interne annoncée de 80 à 90°C19.

Accumulateur lithium-titanate

Disponibilité du lithium

Recyclage des métaux

En 2009, le groupe japonais Nippon Mining & Metals a annoncé qu'il allait, avec l'aide du METI et à la suite d'un appel à projet de ce dernier, mettre en fonction dès 2011 une unité industrielle de recyclage des cathodes de batteries lithium-ion, afin de récupérer lecobalt, le nickel, le lithium et le manganèse.

Recherche[

En Allemagne, le 5 mai 2009, l'Université technique de Freiberg a lancé une initiative « Lithium-Initiative Freiberg  » associant 5 universités et des partenaires industriels dans un pôle de compétence concernant les batteries lithium-ion plus sûres et efficientespour l'industrie automobile. Une partie du projet vise en amont de la filière à améliorer les conditions d'extraction du lithium, en association avec l'Université de Potosi (proche du salar d'Uyuni) pour notamment améliorer les techniques d'évaporation solaire et decristallisation sélective des sels. Dans le même temps des expériences seront faites sur les « Monts Métallifères » (Erzgebirge) deSaxe où du lithium est également présent à des concentrations qui devraient en faciliter l'extraction

Provenance :  Wikipédia

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BATTERIE PLOMB CARBONE 

NOUVEAUX LA RÉVOLUTION EN MATIÈRE DE STOCKAGE D‘ÉNERGIE !

La batterie au carbone est basée sur la technologie plomb-acide. Contrairement aux batteries au lithium, les batteries au plomb standard ont une grande capacité de décharge (jusqu’à C3 *). En effet, un temps de charge beaucoup plus long (jusqu’à 10 heures, = 0,1) doit être accepté pour éviter la sulfatisation qui raccourcirait la durée de vie de la batterie. La nouvelle technologie du carbone apporte une solution à ce problème: L’utilisation du carbone garantit beaucoup moins de sulfatation de l’électrode négative. Ainsi, la batterie peut être rechargée jusqu’à 3 fois plus vite (= 0,3C) qu’une batterie plomb-acide standard. Les systèmes modernes de batterie au lithium peuvent également être chargés en moins d’une heure, mais la capacité de décharge est très faible: elle ne doit pas dépasser 50-70% de la capacité de la batterie (= C0,5- 07). La charge rapide est un progrès important dans la technologie du carbone, car le courant de charge pour le mode cycle quotidien peut être ajusté à 20- 30% de la capacité de la batterie (= 0,2-0,3C). Par conséquent, il est possible de recharger une batterie déchargée dans les 1-3 heures. LA RÉVOLUTION EN MATIÈRE DE STOCKAGE D‘ÉNERGIE ! * C = capacité en Ah de la batterie De plus, la batterie au carbone est idéale pour les applications à état partiel de charge (PSOC). De ce fait, la vitesse de la batterie augmente plusieurs fois par rapport à la batterie plomb-acide standard. Malgré son poids plus lourd et son plus grand volume par kilowatt-heure, la batterie au carbone est plus rentable que la batterie au lithium. En termes de sécurité, la batterie au carbone a fait ses preuves et n’a pas de concurrents. Pour le transport, le stockage et l’utilisation, aucune mesure particulière n’est requise. En raison de son additif de carbone, La batterie au carbone convient à une plage de température beaucoup plus grande que la batterie au plomb standard. Contrairement aux batteries au lithium, il n’a pas besoin de système de refroidissement. Le taux de recyclage de 97% est un argument supplémentaire pour la batterie au carbone, car le recyclage des batteries au lithium reste un problème non résolu. 

BATTERIE PLOMB CARBONE CARACTÉRISTIQUES CYCLES DE DÉCHARGE (Wh) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 DoD Cycles Auto-décharge 3% de la capacité par mois à 20°C Température de fonctionnement Décharge: -15 à 50°C (5 à 122°F) Charge: 0 à 40°C (32 à 104°F) Stockage: -15 à 40°C (5 à 104°F) Courant de charge max. quotidien 0.2C-0,3C Courant de charge max. hepdomadaire 0.5C Courant de charge max. 3C Tension de charge 13.5-13.8 en mode veille, 14.1-14.4 utilisation cyclique Normes IEC 60896-21:2004, IEC 60896-22:2004.