1 Le lithium, cœur de « LA » chimie des batteries en aéromodélisme Principe de fabrication des « pochettes élémentaires » L’élément de base (1s,1p,1C)

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1 1 Le lithium, cœur de « LA » chimie des batteries en aéromodélisme Principe de fabrication des « pochettes élémentaires » L’élément de base (1s,1p,1C) Les « pochettes élémentaires » (1s,1p,1C) Les « pochettes élémentaires » (1s,1p,2C) Les « pochettes élémentaire »s (1s,1p,2C à nC) Vous avez dit accumulateurs électrochimiques

2 2 Vous avez dit accumulateurs électrochimiques ? Batteries : assemblage de convertisseurs secondaires (décharge & charge) Piles : empilement de convertisseurs primaires (décharge) Source : WWW.francoischarron.com Condensateurs : accumulateurs de charges électriques (charge & décharge) Source : Conrad

3 3 Du lithium métallique dans les piles Nombreuses variétés de piles, parmi lesquelles les piles au lithium (« one shot ») boîtier Ni (pôle plus) couvercle Ni (pôle moins) isolant (colle) feuillard Li (métal) séparateur (polymère lithié) matière active positive (MAP) I anode cathode

4 Les piles ne se rechargent pas 4 piles au lithium : convertisseurs primaires (irréversibles) d’énergie électrochimique Matière Active Positive ( * ) Le lithium métal s’oxyde Pôle plus (+)Pôle moins (-) MAP Li séparateur ( * ) parmi les MAP, le dioxyde de manganèse reste le plus employé (MnO 2 ) (Li +,MAP ) « - » Li (Li +,MAP ) « - » séparateur Li + Les piles se déchargent, mais ne se rechargent pas Leur recyclage : un acte citoyen e-e- e-e- I neuve usée

5 5 Du lithium ionisé (cation Li + ) dans les LiPo collecteur positif : feuillard Cu (conduction électronique) matière active positive MAP (insertion conductrice) séparateur lithié (conduction ionique) matière active négative MAN (insertion conductrice) collecteur négatif : feuillard Al (conduction électronique) enveloppe isolante

6 Les piles ne se rechargent pas 6 Matière Active Positive ( * ) Matière Active Négative ( * ) lithiée Pôle plus (+)Pôle moins (-) MAP(Li +, MAN « - » ) séparateur Les batteries se déchargent … Li + e-e- e-e- (Li + + MAN + e - ) (e - + MAP + Li + ) MAN séparateur (Li+,MAP « - » ) (*) les matières actives (MAN, MAP) feront l’objet de développements ultérieurs (« en savoir plus », « davantage approfondir ») I Désinsertion de Li + de la négative, insertion dans la positive 100% Q 0% Q

7 7 Les piles ne se rechargent pas Matière Active Positive ( * ) Matière Active Négative lithiée Pôle plus (+)Pôle moins (-) séparateur Li + e-e- e-e- (Li + + MAN + e - ) (e - + MAP + Li + ) MAN(Li+,MAP « - » ) séparateur MAP(Li +, MAN « - » ) ( * ) la synthèse des MAP ainsi que leur équivalent C02 sont bouleversés depuis 3 ans (ex. de 900°C on est passé à 60°C !!!) … et elles se rechargent Insertion de Li + dans la négative, désinsertion de la positive I 0% Q 100% Q

8 assemblages en pochettes conditionnement draconien Matière Active Positive ( * ) Matière Active Négative ( ** ) 8 ( * ) fabriquée en Chine, Corée du Sud, Japon ( ** ) pâte à base de graphite (et actuellement de graphène) scellement des pochettes charge de primo-insertion Assemblage des pochettes en batteries Exportation des éléments (pochettes) Feuillard d’Al Séparateur Feuillard de Cu MAN MAPMAN Un principe ancien dans des installations modernes dédiées

9 collecteur positif (feuillard de cuivre) matière active négative (MAN) (pâtes molles à base de carbone lithié séparateur collecteur négatif (feuillard d’aluminium) matière active positive (MAP) (pâtes molles à base d’oxydes métalliques lithiés) épaisseurs nominales ≈ 20 µm, soit ≈ 5x100 µm pour l’élément de base (avec la pochette ≈ 150µm) L’élément de base (1s,1p,1C) 7

10 + - 10 source : KVB, via internet LiPo 3,7 V – 8000 mAh pour les tablettes LiMnPO 4 ( * ) 3,6 V – 2700 mAh 45 g charge 1,1C (3 A) charge et décharge 0,2C Deux conditionnements : pliage en accordéon ou enroulement en spirale (VAE, Scooters) ( * ) nouveau produit de FEM plus élevée (3,6 V) qu’avec le phosphate de fer (3,2 V), nécessite de nouveaux chargeurs 150 mm La capacité C d’un élément dépend du format masse m proportionnelle à Q (Ah) m proportionnelle à CW (Wh.g -1 ) et P (W.g -1 ) proportionnelles à Q Les « pochettes » élémentaires (1s,1p,1C)

11 + - + masse électrique équilibre des FEM à la charge pas utilisées en aéromodélisme, mais largement répandues en téléphonie mobile régulateur de charge incorporé au téléphone Les « pochettes » élémentaires (1s,1p,1C) 9 LMO ; 3,7 V ; 4300 mAh ; 15,9 Wh

12 12 Al matière active positive séparateur Cu épaisseurs nominales ≈ 20 µm ; soit ≈ 180 µm pour l’élément (1s,1p,2C) + - FEM, 2C + - FEM, 4CFEM, 3C + - FEM comprise entre 3,2 et 3,8 V valeur inférieure à 5V, la « tension » électrique de référence en aéromodélisme actuel forte énergie spécifique (Wh/kg) faible épaisseur bonne ventilation souhaitée Autres conditionnements élémentaires (1s,1p,1C) matière active négative

13 13 Principe de fabrication connu et largement développé dans l’industrie en général Conditions d’élaboration très contraignantes : anaérobie, sans humidité, sous vide Eléments de base : des pochettes scellées (1s, 1p, nC), imperméables à la vapeur d’eau Conclusions Condensateurs, piles et batteries électrochimiques sont des accumulateurs électriques Le cation Li + ne réagit pas mais s’insert ou se des-insert dans les matières actives ( * ) ( * ) les matières actives feront l’objet de chapitres dédiés (« en savoir plus » ; « davantage approfondir ») Li + : « LE » composé actuel des batteries de propulsion dans nos modèles électriques