Introduction aux Séparateurs dans les Batteries
Les séparateurs jouent un rôle crucial dans la performance et la sécurité des batteries. Situés entre l’anode (électrode négative) et la cathode (électrode positive), ils sont essentiels pour prévenir les courts-circuits électriques, tout en permettant le transport des porteurs de charge ioniques nécessaires à la fermeture du circuit lors du passage du courant dans une cellule électrochimique.
Matériaux et Fonctionnement des Séparateurs
Les séparateurs dans les cellules électrolytiques liquides commerciales sont souvent fabriqués à partir de matériaux polyoléfiniques microporeux, tels que le polyéthylène (PE) ou le polypropylène (PP). Ces matériaux doivent être électrochimiquement et chimiquement stables par rapport à l’électrolyte et aux matériaux des électrodes. Dans les batteries Li-ion, des séparateurs fonctionnels utilisant des membranes revêtues de MOF (matériaux de cadre organométallique) sont en développement. Ils visent à effectuer les fonctions doubles de l’électrolyte et du séparateur, soutenant ainsi la conception de batteries Li-métal haute performance pour les systèmes à haute énergie dans les véhicules électriques et les aéronefs électriques.
Composition et Types de Batteries
Les batteries sont composées d’une gamme étendue de matériaux, résultant en différentes capacités et comportements. Les plus courants sont le plomb, le nickel, le zinc et le lithium, chacun avec des sorties différentes et spécifiques à certains usages en fonction des besoins. Plusieurs types de cellules électrochimiques ont été produits, avec des processus et des conceptions chimiques variés, y compris les cellules galvaniques, les cellules électrolytiques, les piles à combustible, les cellules à flux et les piles voltaïques.
Une batterie à cellule humide contient un électrolyte liquide, tandis qu’une cellule sèche utilise un électrolyte en pâte avec juste assez d’humidité pour permettre le flux de courant. La composition chimique et matérielle des batteries détermine leur taille, format et performance globale.
Composants Clés d’une Batterie
- Cathode: La cathode est l’électrode positive où se produit la réduction pendant la réaction électrochimique. Dans les batteries au lithium, les matériaux de cathode sont généralement faits de LiCoO2 ou LiMn2O4.
- Anode: L’anode est l’électrode négative qui libère des électrons vers le circuit externe et s’oxyde pendant la réaction électrochimique. Le graphite lithié, LixC6, est un matériau d’anode courant.
- Électrolyte: L’électrolyte est un milieu contenant des ions qui conduisent l’électricité grâce au mouvement de ces ions. Dans les batteries lithium-ion, l’électrolyte est généralement un sel de lithium dissous dans des solvants organiques.
Collecteurs de Courant
Les collecteurs de courant sont responsables du transfert du flux d’électrons des électrodes vers un circuit externe. Plusieurs types de collecteurs de courant sont disponibles : maille, mousse et feuille. Les collecteurs de courant devraient posséder une haute conductivité électrique pour réduire la résistance de la cellule ainsi qu’une stabilité chimique en contact avec l’électrolyte liquide.
Conclusion
La compréhension des différents composants des batteries, en particulier des séparateurs, est essentielle pour le développement de technologies de batteries plus efficaces et plus sûres, adaptées aux applications modernes telles que les véhicules électriques et les aéronefs électriques.
