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Posté par Adrien le Lundi 31/01/2011 à 00:00
Améliorer considérablement la capacité des batteries lithium-ion
Deux compagnies japonaises, Mitsubishi Material et Toray Dowcorning, ont développé deux nouveaux matériaux destinés à la fabrication d'anodes de batteries lithium-ion. Ils permettent tous deux d'améliorer considérablement la capacité des batteries.

Améliorer la capacité des batteries représente un enjeu important pour l'industrie automobile (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le transport terrestre de personnes...), puisque c'est elle qui détermine l'autonomie des véhicules électriques. Cette amélioration passe par celle des trois parties qui compose une batterie: l'anode (L'anode est l'électrode où a lieu une réaction électrochimique d'oxydation (menant à la production d'électrons) par opposition à...), la cathode (La cathode est une électrode siège d'une réduction, que l'on qualifie alors de réduction cathodique. Elle correspond à la borne positive (+) dans une pile...) et l'électrolyte. Les anodes des batteries lithium-ion (Les accumulateurs à base de lithium utilisent des technologie en cours de mise au point, présentant un très important potentiel électrochimique. On distingue la technologie Lithium métal où...) (ces batteries présentent actuellement la meilleure densité énergétique) sont constituées pour la plupart de graphite. Cependant, le potentiel de ce dernier par rapport au lithium (Le lithium est un élément chimique, de symbole Li et de numéro atomique 3.) est relativement bas, provoquant ainsi le dépôt de lithium à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet...) des électrodes (dendrite), ce qui les détériore. De plus, la capacité théorique du graphite est peu élevée (370 mAh/g).


Voitures électriques se rechargeant sur des places de parking adaptées

Les matériaux les plus prometteurs pour le développement des anodes sont les alliages métalliques, tels que le lithium-silicium (Li-Si - capacité théorique de 4.000 mAh/g) et le lithium-étain (Li-Sn - 990 mAh/g). Leur inconvénient est qu'ils sont sujets à de très fortes variations de volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) lors des cycles de charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu...) et de décharge, entraînant la dégradation de l'électrode. Une deuxième solution se trouve dans le développement d'anodes en oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde...) mélangé à du graphite. Leur capacité théorique (entre 500 et 1000 mAh/g) est inférieure à celle des alliages métalliques, mais leur variation de volume est plus limitée.

Le matériau développé par Mitsubishi Material relève de la première solution. La compagnie a en effet développé un nouvel alliage (Un alliage est une combinaison d'un métal avec un ou plusieurs autres éléments chimiques.) à base d'étain. La variation de volume est limitée grâce à une structure aérée et une taille des particules qui ne dépasse pas les 2 micro-m. L'anode est fabriquée par l'incorporation dans du graphite habituellement utilisé d'un alliage à base d'étain (40%), à laquelle a été ajoutée, comme adjuvant (Un adjuvant est quelque chose ou quelqu'un qui aide à l'accomplissement d'un processus.) conducteur, de la fibre (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de...) de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) (5%) qui favorise le transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route,...) des électrons. La capacité de décharge (500 mAh/g) de l'électrode a ainsi été améliorée de 1,5 fois par rapport à une anode en graphite. Cette capacité ne se dégrade que de 4% après 50 cycles de charge et de décharge. La compagnie espère pouvoir proposer des échantillons rapidement et obtenir une part de marché de 20% d'ici 5 ans.

Le matériau développé par Toray Dowcorning relève de la seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La...) solution. L'anode, en oxyde d'étain-carbone (SiO-C), est fabriquée par frittage (Bien qu'il n'existe pas de définition du frittage faisant l’unanimité, il peut être décrit comme une consolidation d'un matériau...) de macromolécules contenant de l'étain. Sa capacité de décharge est comprise entre 500 et 800 mAh/g. Elle diminue de 15% après 140 cycles. La variation de volume est limitée à 20%. La compagnie a déjà expédié des échantillons à des constructeurs automobiles pour obtenir une évaluation de son produit.

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Source: BE Japon numéro 562 (28/01/2011) - Ambassade de France au Japon / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/ ... /65707.htm
Illustration: Extrait du documentaire "Who Killed the Electric Car?" - Sony Pictures Classics