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Chimie et Physico-chimie appliquées

Mieux maîtriser le vieillissement des batteries

Les batteries assurent le stockage réversible de l’électricité sous forme chimique. Pour les véhicules électrifiés, les besoins en puissance et en énergie varient en fonction du degré d’électrification.

Julien Bernard

 

Julien Bernard
Direction Chimie et Physico-chimie appliquées
julien.bernard@ifpen.fr

Différentes technologies sont utilisées (batteries plomb-acide, nickel métal hydrure, lithium-ion, etc.) selon la fonction à remplir :

  • tampon de puissance dans le cas d’un véhicule hybride,
  • réserve d’énergie pour un véhicule hybride rechargeable ou électrique.

L’énergie et la puissance des batteries sont impactées par des phénomènes de vieillissement qui entraînent une baisse de performance :

  • perte de capacité de stockage d’une part,
  • augmentation de la résistance interne d’autre part.

Connaître l’évolution de ces propriétés en fonction de l’usage est donc primordial pour :

  • définir la stratégie de gestion de la batterie,
  • voire  garantir sa durée de vie,
  • et anticiper l’évolution des performances du véhicule.

Les mécanismes de vieillissement sont multiples, complexes et souvent interdépendants. Ils existent que la batterie soit en fonctionnement (vieillissement en cyclage) ou à l’arrêt (vieillissement calendaire).

De nombreux travaux s’attachent à développer des modèles de vieillissement capables de prédire la durée de vie des batteries.

Dans un premier temps, des approches empiriques ont été développées dans des projets collaboratifs auxquels IFPEN a contribué : SIMSTOCK, SIMCAL[1] et SCOL’ELEC. Mais les modèles qui en découlent sont limités et leur extrapolation délicate.

C’est pourquoi IFPEN étudie une approche complémentaire, fondée sur la physique : les mécanismes de vieillissement prépondérants sont identifiés et modélisés sur la base des réactions chimiques mises en jeu. Par exemple, la réduction de l’électrolyte sur une électrode engendre la croissance d’un dépôt qui affecte la résistance interne. De tels modèles ont l’avantage de faire le lien entre les propriétés microscopiques et macroscopiques.

IFPEN dispose déjà d’un modèle électrochimique de vieillissement de batterie Li-ion, utilisable pour optimiser la durée de vie des batteries suivant l’usage du véhicule[2].

Cette démarche va être étendue à une autre technologie de batterie Li-ion et à d’autres mécanismes de vieillissement, et permettra d’enrichir la bibliothèque de modèles de batteries AMESIm®  LIBES utilisée par l’industrie automobile.

Publications

  • [1] M. Kassem,  J. Bernard,  R. Revel,  S. Pélissier,  F. Duclaud,  C. Delacourt, Journal of Power Sources, Volume 208, 15 June 2012, Pages 296-305.
    >> DOI: 10.1016/j.jpowsour.2012.02.068
  • [2] E. Prada, D. Di Domenico,  Y. Creff,  J. Bernard,  V. Sauvant-Moynot,  F. Huet, J.  Electrochem. Soc. 2013, 160(4): A616-A628.
    >> DOI: 10.1149/2.053304jes

 

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