504
Jean-François FAUVARQUE
Chaque générateur électrochimique est caractérisé par une courbe de décharge et
par une courbe de polarisation.
23.4.1. CAPACITÉ
Un générateur électrochimique est caractérisé par sa tension nominale et par sa
capacité en Ah. Dans un générateur bien conçu, le volume et la masse seront occupés principalement par les masses actives, souvent épaisses par rapport aux collecteurs de courant et au séparateur. La capacité d’un générateur est habituellement limitée par celle d’une des deux masses actives. Il est rare que cette capacité
soit équilibrée au montage, ou le reste au cours du cyclage s’il s’agit d’un accumulateur. Dans une pile LECLANCHÉ, le boîtier est en zinc, donc surcapacitif par rapport
au bioxyde de manganèse. Dans la pile alcaline, au contraire, c’est la masse de
zinc qui limite la capacité ; quand elle est usée, il n’y a plus de risque de formation
d’hydrogène et donc plus de risque d’ouverture avec fuite d’électrolyte. Dans les
accumulateurs étanches au plomb, ou alcalins, la masse négative est surcapacitive
pour permettre la recombinaison d’oxygène lors de la surcharge sans risque de
dégagement d’hydrogène.
La capacité massique la plus élevée des générateurs commerciaux est celle du
couple Li/SOCl 2 , avec plus de 500 Wh/kg et plus de 1000 Wh/L. Cette capacité est
souvent considérée comme faible par rapport à l’énergie thermique contenue dans
un hydrocarbure, 10 kWh/kg. Mais un hydrocarbure ne produit pas seul de l’énergie
électrique ! Avec la masse d’oxygène nécessaire à la combustion, l’énergie tombe
à 2 kWh/kg soit, au mieux, 1000 Wh/kg avec un rendement de 50%, sans compter
la masse du moteur. Que dire si on compte le volume ! ou la masse d’air ! Dans le
cas des vols spatiaux, l’énergie est assurée par des piles à combustible et non par
des moteurs thermiques, et en cas de besoin d’énergie de secours par des piles
Li/SOCl 2 .
Pour l’électronique portable, l’énergie volumique compte plus que l’énergie massique. Les piles boutons zinc/air des prothèses auditives dépassent 1000 Wh/L, les
piles zinc/air sont relativement économiques mais leur puissance est limitée par
celle de l’électrode à air. Les piles boutons classiques sont des piles alcalines zinc/
oxyde d’argent, relativement coûteuses. Les piles les plus courantes sont les piles
alcalines Zn/MnO 2 , et les piles au lithium Li/MnO 2 (3 V) et Li/FeS 2 (1,5 V) utilisées
par exemple en photographie.
Les capacités des accumulateurs sont sensiblement plus faibles que celles des
piles, environ 150 Wh/kg pour l’accumulateur Li/ion, 70 Wh/kg pour Ni/MH, 50 Wh/kg
pour Ni/Cd, 35 Wh/kg pour le plomb. Il existe un facteur 3 à 7 entre les capacités
théoriques du couple et la réalisation pratique en batterie d’accumulateur. Il ne
paraît pas raisonnable que l’on puisse dépasser prochainement 200 Wh/kg, objectif
des accumulateurs lithium/polymère. Des éléments expérimentaux sodium/soufre
ont atteint 250 Wh/kg.
Jean-François FAUVARQUE
Chaque générateur électrochimique est caractérisé par une courbe de décharge et
par une courbe de polarisation.
23.4.1. CAPACITÉ
Un générateur électrochimique est caractérisé par sa tension nominale et par sa
capacité en Ah. Dans un générateur bien conçu, le volume et la masse seront occupés principalement par les masses actives, souvent épaisses par rapport aux collecteurs de courant et au séparateur. La capacité d’un générateur est habituellement limitée par celle d’une des deux masses actives. Il est rare que cette capacité
soit équilibrée au montage, ou le reste au cours du cyclage s’il s’agit d’un accumulateur. Dans une pile LECLANCHÉ, le boîtier est en zinc, donc surcapacitif par rapport
au bioxyde de manganèse. Dans la pile alcaline, au contraire, c’est la masse de
zinc qui limite la capacité ; quand elle est usée, il n’y a plus de risque de formation
d’hydrogène et donc plus de risque d’ouverture avec fuite d’électrolyte. Dans les
accumulateurs étanches au plomb, ou alcalins, la masse négative est surcapacitive
pour permettre la recombinaison d’oxygène lors de la surcharge sans risque de
dégagement d’hydrogène.
La capacité massique la plus élevée des générateurs commerciaux est celle du
couple Li/SOCl 2 , avec plus de 500 Wh/kg et plus de 1000 Wh/L. Cette capacité est
souvent considérée comme faible par rapport à l’énergie thermique contenue dans
un hydrocarbure, 10 kWh/kg. Mais un hydrocarbure ne produit pas seul de l’énergie
électrique ! Avec la masse d’oxygène nécessaire à la combustion, l’énergie tombe
à 2 kWh/kg soit, au mieux, 1000 Wh/kg avec un rendement de 50%, sans compter
la masse du moteur. Que dire si on compte le volume ! ou la masse d’air ! Dans le
cas des vols spatiaux, l’énergie est assurée par des piles à combustible et non par
des moteurs thermiques, et en cas de besoin d’énergie de secours par des piles
Li/SOCl 2 .
Pour l’électronique portable, l’énergie volumique compte plus que l’énergie massique. Les piles boutons zinc/air des prothèses auditives dépassent 1000 Wh/L, les
piles zinc/air sont relativement économiques mais leur puissance est limitée par
celle de l’électrode à air. Les piles boutons classiques sont des piles alcalines zinc/
oxyde d’argent, relativement coûteuses. Les piles les plus courantes sont les piles
alcalines Zn/MnO 2 , et les piles au lithium Li/MnO 2 (3 V) et Li/FeS 2 (1,5 V) utilisées
par exemple en photographie.
Les capacités des accumulateurs sont sensiblement plus faibles que celles des
piles, environ 150 Wh/kg pour l’accumulateur Li/ion, 70 Wh/kg pour Ni/MH, 50 Wh/kg
pour Ni/Cd, 35 Wh/kg pour le plomb. Il existe un facteur 3 à 7 entre les capacités
théoriques du couple et la réalisation pratique en batterie d’accumulateur. Il ne
paraît pas raisonnable que l’on puisse dépasser prochainement 200 Wh/kg, objectif
des accumulateurs lithium/polymère. Des éléments expérimentaux sodium/soufre
ont atteint 250 Wh/kg.