Дисертації: "Cyclage batterie"

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Ahouari, Hania. "Exploration de nouveaux matériaux d'électrodes positives à base de polyanions carboxylates (oxalates, malonates et carbonates) et de métaux de transition." Thesis, Amiens, 2015. http://www.theses.fr/2015AMIE0027/document.

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Анотація:

Dans cette thèse, nous avons exploré toute une palette de composés à base de métaux de transition et de polyanions carboxylates (oxalates, malonates et carbonates) préparés via des procédés éco-efficaces. La synthèse du composé oxalate de fer (III) (Fe2(C2O4)3·4H2O) dont nous en avons élucidé pour la première fois la structure cristalline en combinant les techniques de diffraction des rayons X et neutrons, fait l'objet de la première partie de cette étude. Ce composé cristallise dans une maille triclinique (P -1) et il présente des propriétés électrochimiques intéressantes (98 mAh/g à 3.35 V vs. Li+/Li0). Dans cette quête pour de meilleurs matériaux, nous avons exploré la famille des oxalates Na2M2(C2O4)3·2H2O, dont la synthèse avait été déjà rapportée, mais sans qu'aucune activité électrochimique ne puisse être détectée. En revanche, le remplacement du groupement oxalate par un groupement malonate nous a permis d’obtenir pour la première fois plusieurs membres de la famille (Na2M(H2C3O4)2·nH2O (n=0, 2), M= Mn, Fe, Co, Ni, Zn et Mg) dont nous avons résolu leurs structures cristallines correspondantes. Cependant, comme dans le cas des oxalates, ces phases ne dévoilent aucune activité électrochimique vis-à-vis du lithium, bien qu'elles présentent des propriétés magnétiques intéressantes. Enfin nous avons conclu ce travail par la synthèse de composés appartenant à la famille des fluorocarbonates KMCO3F (M= Ca et Mn) en utilisant la voie tout solide. La phase au calcium, déjà rapportée dans la littérature, a fait l'objet d'une étude en température qui nous a permis de mettre en évidence pour la première fois la formation d'une phase haute température (KCaCO3F-HT), pour T≥320°C, dont nous avons résolu la structure. Finalement, l'utilisation du Mn au lieu du Ca a conduit à l'obtention d'une nouvelle phase (KMnCO3F) qui cristallise dans une maille hexagonale (P -6 c 2)
This thesis has focused on the exploration of new compounds based on 3d-metal and carboxylate polyanions (oxalates, malonates and carbonates) prepared through different sustainable synthetic approaches. In the first part, we report a new synthetic route to prepare the iron (III) oxalate compound (Fe2(C2O4)3·4H2O) and solve its crystal structure through combined X-ray and neutron powder diffraction. The compound crystallizes within a triclinic cell (P-1) and exhibits attractive electrochemical properties (98 mAh/g at 3.35 V vs. Li+/Li0). Motivated by this finding we pursued our quest for new positive electrode materials. We prepared by hydrothermal synthesis single crystals of sodium 3d-metal oxalates Na2M2(C2O4)3·2H2O, which are widely investigated in the literature for their magnetic properties. Unfortunately, these phases are electrochemically inactive versus lithium. Thereafter, we extended the synthesis towards the malonate family and we reported for the first time several members (Na2M(H2C3O4)2·nH2O (n= 0, 2), M= Mn, Fe, Co, Ni, Zn et Mg). These systems present rich crystal chemistry together with interesting antiferromagnetic properties but as in the case of the oxalates, they are not electrochemically active versus lithium. Finally, we synthesized two members of fluorocarbonates compounds KMCO3F (M= Ca and Mn) using solid state process. We succeeded in the preparation of the calcium member, already reported in the literature and we identified for the first time a phase transition at 320°C. The crystal structure of the high temperature phase (KCaCO3F-HT) was solved using neutron powder diffraction. A new manganese phase (KMnCO3F) was synthesized using the same technique and its crystal structure was solved by combining TEM, XR and neutrons powder diffraction techniques. This compound crystallizes within a hexagonal unit cell (P -6 c 2)

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Desoeurbrun, Célestine. "Etude des relations entre la structure et les performances électrochimiques de matériaux MoS2-Ketjenblack pour les batteries lithium-soufre." Electronic Thesis or Diss., Université Grenoble Alpes, 2023. http://www.theses.fr/2023GRALI100.

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Les batteries lithium-soufre (Li-S) sont des technologies de batterie prometteuses pour répondre à la demande croissante de stockage d’énergie. En raison de leur densité d’énergie théorique élevée de 2500 Wh.kg-1 en poids et de 2800 Wh.L-1 en volume [1], elles ont le potentiel de stocker pratiquement 3 fois plus d’énergie que les batteries Li-ion. Cependant, plusieurs défis entravent leur développement commercial. Parmi eux, l’effet de « navette redox » est l’un des principaux inconvénients de la technologie. Cette navette redox consiste en un mouvement d’aller-retour des polysulfures (Li2Sx, 2 < x < 8), composés intermédiaires générés lors de la dissolution du soufre entre les électrodes, entraînant une faible utilisation de soufre actif, une perte d’efficacité coulombique et une rapide dégradation de la capacité électrochimique au cours du temps.Dans la littérature, de nombreuses stratégies ont été proposées pour réduire ce phénomène, allant de l'utilisation de couches passives protectrices du lithium métal (Li), à la fonctionnalisation des séparateurs d'électrolyte, en passant par la conception de nouvelles électrodes positives utilisant des matériaux dont la fonction principale est de capturer efficacement les polysulfures (carbone poreux, structures métallo-organiques, matériaux à base de métaux tels que des oxydes ou des hydroxydes, voire des matériaux sulfures par exemple) [2]. Parmi les solutions proposées, le MoS2 s'est révélé être un bon candidat pour interagir spécifiquement avec les polysulfures [3].Ce projet de thèse est dédié à la conception d'électrodes positives de batteries Li-S, à base de MoS2-Ketenblack (Mo-KB), pour résoudre le phénomène de « navette redox ». Il vise à mieux comprendre les paramètres jouant un rôle dans le mécanisme de capture des polysulfures afin de concevoir des électrodes positive de Mo-KB optimisées pour i) réduire la diffusion des polysulfures et ii) favoriser leur réduction en Li2S.Différents échantillons de Mo-KB ont été synthétisés en veillant à varier la morphologie, la teneur, et la longueur des feuillets de MoS2 afin de modifier, à la fois, le type et le nombre de sites actifs disponibles et d'étudier l'impact sur les interactions avec les polysulfures et les performances des batteries Li-S qui en résulte.Pour ce faire, une nouvelle méthodologie UV-Vis, utilisant une sonde in situ pour quantifier systématiquement l'adsorption des polysulfures par les matériaux synthétisés, a été développée. En effet, cette méthodologie limite les artefacts générés lors de l’utilisation d’une configuration plus répandue : mesure UV-Vis avec cuvette en quartz. La méthodologie in situ contribue ainsi à comprendre l'effet réel de la nature des adsorbants (MoS2, MoS2-Ketjenblack, silice) sur les phénomènes d'adsorption et comment cela peut modifier la chimie des polysulfures en solution (réactions de dismutation et spéciation). Enfin, les échantillons poreux de Mo-KB, préalablement imprégnées de soufre, ont été intégrées dans la formulation d'électrodes positives Li-S afin d’évaluer leur efficacité d’adsorption et de conversion des polysulfures dans un système réel, au sein de pile-bouton. Des mesures électrochimiques ont été menées afin d’évaluer quantitativement l’impact de ces matériaux sur les performances électrochimiques (capacité, efficacité faradique, puissance, durée de vie du cycle) au fil du temps.References1. Seh, Z. W., Sun, Y., Zhang, Q. & Cui, Y. Designing high-energy lithium-sulfur batteries. Chemical Society reviews 45, 5605–5634; 10.1039/c5cs00410a (2016).2. Chen, Y. et al. Advances in Lithium-Sulfur Batteries: From Academic Research to Commercial Viability. Advanced materials (Deerfield Beach, Fla.), e2003666; 10.1002/adma.202003666 (2021).3. Liu, Y., Cui, C., Liu, Y., Liu, W. & Wei, J. Application of MoS 2 in the cathode of lithium sulfur batteries. RSC Adv. 10, 7384–7395; 10.1039/C9RA09769D (2020)
Lithium-sulfur (Li-S) batteries are promising candidates for energy storage. Due to their high theoretical gravimetric and volumetric energy density of 2500 Wh.kg-1 and 2800 Wh.L-1 [1], they have the potential to practically store about 3 times more energy than Li-ion batteries. However, several challenges hinder their commercial development. Among those, the “shuttle-effect” is one of the major drawbacks and consists of a back-and-forth movement between electrodes of the dissolved intermediates polysulfides (Li2Sx, 2 < x < 8) giving rise to low active sulfur utilization, poor coulombic efficiency, and rapid capacity decay.In literature, many strategies have been proposed ranging from protective Li passive layers to electrolyte separator functionalization, and new positive electrode design using efficient polysulfides trapping materials (e.g. porous carbon, metal-organic frameworks, metal-based material such as oxides or hydroxides or even sulfides materials)2. Among them, MoS2 has proven to be a good adsorbent candidate to interact with polysulfide species3.This PhD project is dedicated to the design of supported MoS2-Ketenblack (Mo-KB) for Li-S positive electrode to tackle the “shuttle effect” phenomenon. We aimed to better understand the parameter playing a role on the polysulfide trapping mechanism to design an optimized Mo-KB electrode to i) mitigate polysulfide shuttling, and ii) favor their reduction into Li2S.Samples with MoS2 morphology, Mo loading, slab length variation were synthesized to modify the type and number of actives sites to study the impact on polysulfides interactions, and the resulting impact on the Li-S battery performances.To do so, we setup a new UV-Vis methodology using in situ probe to systematically quantify the polysulfides adsorption onto the developed materials. Indeed, this methodology limits the artefacts due to the setup compared to usual UV-Vis setup using a quartz cuvette and helps to understand the true effect of adsorbents nature (MoS2, MoS2-Ketjenblack, silica) on the adsorption phenomena and how it may modify the chemistry in solution of polysulfides (disproportionation and speciation). Finally, the sulfur impregnated porous Mo-KB powders were subsequently integrated into the formulation of sulfur-positive electrodes within a coin cell battery environment to assess their effectiveness as both PS trap and catalytic surface to convert polysulfides. The electrochemical measurements performed aimed to quantitatively determine whether it would enhance the electrochemical performance (capacity, faradic efficiency, power, cycle life) over time.References1. Seh, Z. W., Sun, Y., Zhang, Q. & Cui, Y. Designing high-energy lithium-sulfur batteries. Chemical Society reviews 45, 5605–5634; 10.1039/c5cs00410a (2016).2. Chen, Y. et al. Advances in Lithium-Sulfur Batteries: From Academic Research to Commercial Viability. Advanced materials (Deerfield Beach, Fla.), e2003666; 10.1002/adma.202003666 (2021).3. Liu, Y., Cui, C., Liu, Y., Liu, W. & Wei, J. Application of MoS 2 in the cathode of lithium sulfur batteries. RSC Adv. 10, 7384–7395; 10.1039/C9RA09769D (2020)

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Adrien, Brazier. "Premiers pas vers l'observation in situ dans un Microscope Electronique en Transmission d'une batterie en cours de cyclage électrochimique." Phd thesis, Université de Picardie Jules Verne, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01065908.

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Les batteries, et en particulier les batteries lithium-ion (Li-ion), sont devenues des vecteurs de stockage de l'énergie particulièrement adaptés à l'avènement des très nombreuses applications portables (téléphones ou ordinateurs). Dans le but d'améliorer et de rendre plus sûrs ces vecteurs, il est impératif de pouvoir comprendre et caractériser de la manière la plus précise les matériaux les constituant et les interfaces les séparant. Pour cela, l'utilisation d'outils puissants et adaptés est essentielle, notamment depuis l'apparition de matériaux ayant une architecture à l'échelle nanométrique. Ainsi, l'utilisation de la Microscopie Electronique en Transmission (MET) est particulièrement prometteuse, pour sa capacité à analyser les propriétés morphologiques, structurales ou chimiques à cette échelle. Fort de ce constat, nous avons tenté de réaliser la première observation in situ dans un MET d'une batterie en cours de cyclage électrochimique. La première partie de ce manuscrit est dédiée à la présentation de la stratégie utilisée. En effet, les nombreuses difficultés liées à la fois à l'environnement du MET et à la nature même d'une batterie, nous ont forcé à faire des choix basés sur l'analyse de l'état de l'art, principalement en termes de matériaux, de technologies et d'équipements expérimentaux. Ainsi, ce projet est basé sur l'étude d'une microbatterie Li-ion tout solide. Le deuxième chapitre est lui consacré au procédé de fabrication par ablation laser de ces microbatteries tout solide, avec notamment la synthèse et la caractérisation de chacun des matériaux actifs constitutifs. La troisième partie décrit les solutions envisagées pour lever certaines des incertitudes qui avaient été identifiées. Nous avons ainsi réussi la première observation ex situ par MET d'une "nanobatteries" obtenue par découpe d'une microbatterie à l'aide d'un faisceau d'ions focalisés (FIB) dans un MEB à double faisceaux. Les analyses par MET entre des coupes de batteries après dépôt et ayant subi un cyclage électrochimique ont permis de mettre en évidence, pour la première fois, de nombreux dommages ou des mécanismes de détérioration des interfaces. Les premiers essais, et notamment la configuration utilisée, n'ayant pas permis de réaliser les premiers tests de cyclage in situ dans un MET, plusieurs modifications ont dû être opérées, qui sont présentées dans le dernier chapitre. Ce nouveau design a permis d'expérimenter un cyclage in situ sur des "nanobatteries" et de mettre en lumière les derniers challenges à relever.

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Brazier, Adrien. "Premiers pas vers l'observation in situ dans un Microscope Electronique en Transmission d'une batterie en cours de cyclage électronique." Amiens, 2009. http://www.theses.fr/2009AMIE0123.

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Les batteries Li-ion sont devenues des vecteurs de stockage de l'énergie particulièrement adaptés à l'avènement des très nombreuses applications portables. Dans le but d'améliorer et de rendre plus sûrs ces vecteurs, il est impératif de pouvoir comprendre et caractériser de la manière la plus précise les matériaux les constituant et les interfaces les séparant. Pour cela, l'utilisation d'outils puissants et adaptés, comme la Microscopie Electronique en Transmission (MET), est essentielle, notamment depuis l'apparition de matériaux ayant une architecture à l'échelle nanométrique. Fort de ce constat, nous avons tenté de réaliser la première observation in situ dans un MET d'une batterie en cours de cyclage électrochimique. La première partie de ce manuscrit est dédiée à la présentation de la stratégie utilisée. En effet, les nombreuses difficultés liées à la fois à l'environnement du MET et à la nature même d'une batterie, nous ont forcé à faire des choix, comme l'utilisation d'une microbatterie Li-ion tout solide. Le deuxième chapitre est lui consacré au procédé de fabrication de ces microbatteries tout solide, avec notamment la synthèse et la caractérisation de chacun des matériaux actifs constitutifs. La troisième partie décrit les résultats de la première observation ex situ par MET d’une "nanobatteries" obtenue par découpe d'une microbatterie à l'aide d'un faisceau d'ions focalisés (FIB) dans un MEB à double faisceaux. Les analyses par MET entre des coupes de batteries après dépôt et ayant subi un cyclage électrochimique ont permis de mettre en évidence, pour la première fois, de nombreux dommages ou des mécanismes de détérioration des interfaces. Les premiers essais n'ayant pas permis de réaliser les premiers tests de cyclage in situ dans un MET, plusieurs modifications ont dû être opérées, qui sont présentées dans le dernier chapitre. Ce nouveau design a permis d'expérimenter un cyclage in situ et de mettre en lumière les derniers challenges à relever
Li-ion batteries are energy storage devices that are suitable for portable applications and support the need of using intrinsically diffuse/intermittent renewable energy sources. In order to improve such devices and make them safer, it is crucial to understand and characterize in the most accurate way the constitutive materials and their interfaces. To do so the use of powerful tools, like Transmission Electron Microscope (TEM), is essential especially since nano-architectured materials have been developed. On this basis our project relates to the in situ study of an electrochemical system under operation within a TEM. The first part of this manuscript is devoted to the strategy of the study. Indeed, the technological issues inherent to both the TEM technique and the battery forced us to make some choices like the use of an all solid-state microbattery. The fabrication process of a microbattery, including the synthesis and the study of each active material, is detailed in the second chapter. The third part describes the solutions suggested to solve some of the technological issues encountered. We thus demonstrated the ﬁrst ex situ TEM observation of "nanobatteries" obtained by cross-sectioning a microbattery using focus ion beam (FIB) in a dual beam SEM. Then, TEM analyses between pristine, cycled, and faulted all solid-state batteries have revealed drastic changes, damages or deterioration mechanisms, never highlighted previously. Since it was not possible during the previous experiments to achieve an in situ TEM observation of "nanobatteries" cycled within the microscope, we describe in the last chapter all the configuration modifications made. The new design of the samples allowed us to experiment live in situ TEM cycling and to reveal the last challenges that have to be faced

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Leveau, Lucie. "Etude de nanofils de silicium comme matériau d'électrode négative de batterie lithium-ion." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2015. https://theses.hal.science/tel-01234963v2/document.

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Cazot, Mathilde. "Development of Analytical Techniques for the Investigation of an Organic Redox Flow Battery using a Segmented Cell." Thesis, Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0116.

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Les batteries à électrolyte circulant ou redox flow batteries (RFB) représentent une technologie prometteuse pour répondre aux besoins grandissants de stockage d'énergie. Elles seraient particulièrement adaptées aux réseaux électriques qui comptent une part grandissante d'énergie d'origine renouvelable, produite en intermittence. L'objet de ce travail est l'étude d'un nouveau type de RFB, actuellement développé par l'entreprise Kemiwatt. Il repose sur l'utilisation de molécules organiques, qui sont abondantes et recyclables. Le but de cette étude est d'améliorer la compréhension fondamentale de la batterie grâce à l'utilisation d'outils d'analyse précis et innovants. Chaque composant du système a d'abord été analysé via des moyens expérimentaux ex-situ. Les deux électrolytes composant la batterie ont ensuite été étudiés séparément en conditions réelles de circulation dans une cellule symétrique. Couplées à un modèle d'électrode volumique, les données ont été analysées pour identifier les facteurs limitants de chaque solution. La batterie entière a ensuite été étudiée dans un dispositif segmenté, permettant l'accès à la distribution interne du courant. Une étude paramétrique, réalisée avec la cellule segmentée a permis d'observer les effets du courant, du débit et de la température sur le fonctionnement de la cellule, puis d'établir une cartographie des conditions de fonctionnement idéales, suivant la puissance et l'état de charge de la batterie. L'aspect hydrodynamique du système a finalement été abordé en développant un modèle fluidique ainsi qu'une maquette expérimentale de cellule transparente pour visualiser l'écoulement
Redox Flow Batteries (RFBs) are a promising solution for large-scale and low-cost energy storage necessary to foster the use of intermittent renewable sources. This work investigates a novel RFB chemistry under development at the company Kemiwatt. Based on abundant organic/organo-metallic compounds, this new technology promises the deployment of sustainable and long-lived systems. The study undertakes the building of a thorough knowledge base of the system by developing innovative reliable analytical tools. The investigation started from the evaluation of the main factors influencing the battery performance, which could be conducted ex-situ on each material composing the cell. The two electrolytes were then examined independently under representative operating conditions, by building a symmetric flow cell. Cycling coupled with EIS measurements were performed in this set-up and then analyzed with a porous electrode model. This combined modeling-experimental approach revealed unlike limiting processes in each electrolyte along with precautions to take in the subsequent steps (such as membrane pretreatment and electrolyte protection from light). A segmented cell was built and validated to extend the study to the full cell system. It provided a mapping of the internal currents, which showed high irregularity during cycling. A thorough parameter study could be conducted with the segmented platform, by varying successively the current density, the flow rate, and the temperature. The outcome of this set of experiments would be the construction of an operational map that guides the flow rate adjustment, depending on the power load and the state of charge of the battery. This strategy of flow rate optimization showed promising outcomes at the lab-cell level. It can be easily adapted to real-size systems. Ultimately, an overview of the hydrodynamic behavior at the industrial-cell level was completed by developing a hydraulic modeling and a clear cell as an efficient diagnostic tool

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Redondo, Iglesias Eduardo. "Étude du vieillissement des batteries lithium-ion dans les applications "véhicule électrique" : combinaison des effets de vieillissement calendaire et de cyclage." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSE1203/document.

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L'étude du vieillissement des batteries est nécessaire car la dégradation de leurs caractéristiques détermine en grande partie le coût, les performances et l'impact environnemental des véhicules électrifiés, notamment des véhicules 100 % électriques. La méthodologie choisie pour cette thèse consiste en deux étapes bien différenciées, à savoir la caractérisation et la modélisation. Pour la première étape, on s'appuie sur des essais de vieillissement accéléré d'éléments de batterie. Malgré leur caractère accéléré, les campagnes d'essais de vieillissement sont très coûteuses en moyens humains comme matériels : une connaissance à priori des facteurs de vieillissement est nécessaire, soit par le moyen d'études bibliographiques, soit par la réalisation de précampagnes d'essais. Ces études préalables conduisent à la conception d'un plan d'expériences composé d'un certain nombre d'essais dont les résultats permettront de révéler comment les conditions d'utilisation influencent la dégradation des batteries. Dans la seconde étape, grâce à la connaissance apportée par l'étape de caractérisation, on procède à la modélisation du vieillissement. Celle-ci permet de mettre en évidence des lois de vieillissement qui sont généralisées pour prédire l'évolution des performances d'une batterie soumise à des conditions d'utilisation variables dans le temps. Le modèle de vieillissement qui en résulte peut être utilisé pour concevoir et utiliser d'une manière optimale les batteries des véhicules pour minimiser à la fois la consommation d'énergie et de ressources naturelles. En sachant que la dégradation d'une batterie se produit différemment selon si elle est au repos ou si elle est parcourue par un courant, une difficulté majeure est celle de déterminer comment se combinent les effets du vieillissement calendaire et de cyclage pour un véhicule électrique. Dans les applications "véhicules électriques", les batteries passent une part importante de leur temps au repos et les niveaux de courant pendant leur utilisation sont relativement faibles. Les résultats des essais de vieillissement accéléré réalisés dans cette thèse confirment le caractère non-linéaire de la combinaison des vieillissements calendaire et en cyclage lorsque les batteries suivent des profils d'utilisation similaires à l'application considérée. Le modèle de vieillissement qui est proposé dans le dernier chapitre se veut simple mais efficace. Ainsi il repose sur un faible nombre d'équations (2) et de paramètres (6) et il permet de simuler l'évolution de la capacité d'une cellule soumise à un vieillissement qui combine des périodes de cyclage et de repos. Les exemples d'application de ce modèle démontrent son utilité pour l'établissement de stratégies d'utilisation de batteries dans le but de prolonger leur durée de vie
Studying the ageing of batteries is necessary because the degradation of their features largely determines the cost, the performances and the environmental impact of electric vehicles, particularly of full electric vehicles. The chosen method in this thesis is divided in two distinct phases, namely characterisation and modelling. The first phase is based on accelerated ageing testing of battery cells. Despite being accelerated, ageing test campaigns are expensive in terms of workforce and equipments: an a priori knowledge of ageing factors is necessary, either by the means of bibliographic studies or by performing preliminary test campaigns. These initial studies lead to an experimental design setup including a certain number of ageing tests. The obtained results may reveal the influence of use conditions on the degradation of batteries. In the second phase, the battery ageing is modelled applying the knowledge acquired in the first phase. Here, the ageing laws are generalised to predict the performance degradation of a battery subjected to variable use conditions. The resulting ageing model can be used to optimally design and use the battery in a vehicle by minimising both energy and natural resources consumption. Given that battery degradation occurs in a different way if the battery is in rest condition or if a current flows through, a major challenge is to determine how calendar and cycling ageing effects combine together. In electric vehicle applications, batteries are not used (in rest condition) most of the time and current levels are relatively low when they are used. The results from accelerated ageing tests which have been carried out during this thesis confirm the non-linearity of the combination of calendar and cycling ageing when usage profiles are applied to the batteries. The usage profiles are similar to the considered application: the electric vehicle. In the last chapter of this manuscript a simple but effective ageing model is proposed. It lies in a low number of equations (2) and parameters (6) and enables to simulate the capacity fade of a battery cell subjected to ageing conditions combining cycling and rest periods. The application examples prove the usefulness of this model for the development of battery use strategies for the purpose of extending their lifespan

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Cazot, Mathilde. "Development of Analytical Techniques for the Investigation of an Organic Redox Flow Battery using a Segmented Cell." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0116.

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Les batteries à électrolyte circulant ou redox flow batteries (RFB) représentent une technologie prometteuse pour répondre aux besoins grandissants de stockage d'énergie. Elles seraient particulièrement adaptées aux réseaux électriques qui comptent une part grandissante d'énergie d'origine renouvelable, produite en intermittence. L'objet de ce travail est l'étude d'un nouveau type de RFB, actuellement développé par l'entreprise Kemiwatt. Il repose sur l'utilisation de molécules organiques, qui sont abondantes et recyclables. Le but de cette étude est d'améliorer la compréhension fondamentale de la batterie grâce à l'utilisation d'outils d'analyse précis et innovants. Chaque composant du système a d'abord été analysé via des moyens expérimentaux ex-situ. Les deux électrolytes composant la batterie ont ensuite été étudiés séparément en conditions réelles de circulation dans une cellule symétrique. Couplées à un modèle d'électrode volumique, les données ont été analysées pour identifier les facteurs limitants de chaque solution. La batterie entière a ensuite été étudiée dans un dispositif segmenté, permettant l'accès à la distribution interne du courant. Une étude paramétrique, réalisée avec la cellule segmentée a permis d'observer les effets du courant, du débit et de la température sur le fonctionnement de la cellule, puis d'établir une cartographie des conditions de fonctionnement idéales, suivant la puissance et l'état de charge de la batterie. L'aspect hydrodynamique du système a finalement été abordé en développant un modèle fluidique ainsi qu'une maquette expérimentale de cellule transparente pour visualiser l'écoulement
Redox Flow Batteries (RFBs) are a promising solution for large-scale and low-cost energy storage necessary to foster the use of intermittent renewable sources. This work investigates a novel RFB chemistry under development at the company Kemiwatt. Based on abundant organic/organo-metallic compounds, this new technology promises the deployment of sustainable and long-lived systems. The study undertakes the building of a thorough knowledge base of the system by developing innovative reliable analytical tools. The investigation started from the evaluation of the main factors influencing the battery performance, which could be conducted ex-situ on each material composing the cell. The two electrolytes were then examined independently under representative operating conditions, by building a symmetric flow cell. Cycling coupled with EIS measurements were performed in this set-up and then analyzed with a porous electrode model. This combined modeling-experimental approach revealed unlike limiting processes in each electrolyte along with precautions to take in the subsequent steps (such as membrane pretreatment and electrolyte protection from light). A segmented cell was built and validated to extend the study to the full cell system. It provided a mapping of the internal currents, which showed high irregularity during cycling. A thorough parameter study could be conducted with the segmented platform, by varying successively the current density, the flow rate, and the temperature. The outcome of this set of experiments would be the construction of an operational map that guides the flow rate adjustment, depending on the power load and the state of charge of the battery. This strategy of flow rate optimization showed promising outcomes at the lab-cell level. It can be easily adapted to real-size systems. Ultimately, an overview of the hydrodynamic behavior at the industrial-cell level was completed by developing a hydraulic modeling and a clear cell as an efficient diagnostic tool

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Nugues, Samuel. "Mesure de l'état de charge d'une batterie par coulométrie corrigée par impédancemétrie." Grenoble INPG, 1996. http://www.theses.fr/1996INPG0144.

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Les systemes actuels de mesure de l'etat de charge d'une batterie ne permettent pas de connaitre de maniere fiable l'energie restante dans un accumulateur. Le premier chapitre detaille le fonctionnement electrotechnique des batteries de traction au nickel-cadmium, presente une modelisation electrique de ces dernieres, explicite le principe de mesure par coulometrie et enfin justifie l'interet de la mesure d'impedance. Dans une deuxieme partie, les bancs de mesure necessaires a l'experimentation relative aux mesures d'impedance sont presentes: banc de mesure d'impedance proprement dit, banc de cyclage permettant la decharge des batteries suivant un cycle qui simule le roulage d'un vehicule et sa recharge. Le troisieme chapitre traite de la methodologie de mesure de l'impedance que nous avons pris soin de definir afin de garantir la fiabilite et la reproductibilite des mesures. Dans la derniere partie, nous interpretons les nombreuses mesures realisees des parties reelle et imaginaire de l'impedance afin d'en deduire des conditions de mesure permettant de connaitre l'etat de charge avec precision et avec un minimum d'experimentations. Nous presentons pour finir les differentes associations pouvant etre envisagees entre la coulometrie et l'impedancemetrie pour realiser une jauge d'energie

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Bodenes, Lucille. "Etude du vieillissement de batteries lithium-ion fonctionnant à haute température par Spectroscopie Photoélectronique à rayonnement X (XPS)." Thesis, Pau, 2012. http://www.theses.fr/2012PAUU3050/document.

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Les accumulateurs lithium-ion occupent aujourd’hui une place prédominante dans le domaine du stockage de l’énergie. Leur fonctionnement et les phénomènes impliqués dans leur vieillissement sont relativement bien connus, aux températures d’utilisation proches de la température ambiante. Cependant, leur utilisation dans le cadre d’applications dites « haute température », telles que le forage pétrolier, la stérilisation « in situ » ou la géolocalisation, nécessite la levée de certains verrous techniques : la stabilité de l’électrolyte et des liants d’électrodes, la compatibilité électrolyte/séparateur, le vieillissement des matériaux et l’évolution des interfaces. Les accumulateurs sélectionnés pour ces travaux de thèse sont constitués d’un matériau lamellaire de type Li(Ni,Mn,Co)O2 pour l’électrode positive, et de graphite pour l’électrode négative. Afin de décrire les phénomènes de vieillissement associés à une telle utilisation, des analyses de surface ont été menées par Spectroscopie Photoélectronique à rayonnement X sur les électrodes issues d’accumulateurs cyclés à haute température. Ces analyses ont permis de mettre en évidence la dégradation du liant de l’électrode positive et l’évolution des interfaces électrodes/électrolyte à 85 et 120°C, et d’améliorer le choix des composants des batteries pour de meilleures performances à haute température
Nowadays, lithium-ion batteries occupy a prominent place in the field of energy storage. Phenomena involved in their aging mechanisms are quite well known for operating temperatures close to room temperature. However, their use at high temperatures for applications such as oil drilling, "in situ" sterilization or freight tracking requires some technical issues to be improved: stability of the electrolyte and electrode binders, compatibility electrolyte / separator, aging of active materials and changes of the interfaces. The batteries selected for this thesis consist of a Li(Ni,Mn,Co)O2 lamellar material at the positive electrode and graphite at the negative electrode. To describe aging phenomena related to high temperature, surface analyzes were carried out by X-ray Photoelectron Spectroscopy on the electrodes of batteries cycled at 85 and 120°C. These analyzes reveal the degradation of the positive electrode’s binder, and the changes of electrodes/electrolyte’s interfaces at high temperature compared to ambient temperature

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Tournadre, Frédéric. "Caractérisation du mécanisme de la réaction d'échange P2-Na0.70CoO2->O2-LiCoO2 et du système métastable T#2-Li2/3Co2/3Mn1/3O2 comme matériau d'électrode positive dans les batteries au lithium." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00007233.

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Des matériaux d'électrode positive pour batteries Li-ion de structures atypiques ont été synthétisés par une réaction de chimie douce qui consiste en l'échange ionique du sodium par le lithium dans les composés lamellaires de type NaxMO2 (x = 2/3 ; M = Co, Co/Mn). Un modèle basé sur la nucléation-croissance au sein du matériau précurseur a été proposé afin d'expliquer le mécanisme de la réaction d'échange ionique. Une comparaison entre les diagrammes de diffraction des rayons X obtenus pour différentes structures lamellaires simulées d'après le mécanisme réactionnel proposé et une étude de la réaction d'échange suivie par diffraction des rayons X in situ ont permis dans le cas de O2-LiCoO2 de mettre en évidence les paramètres gouvernants la réaction. Le matériau substitué au manganèse T#2-Li2/3Co2/3Mn1/3O2 a été synthétisé et caractérisé par diffraction des neutrons et diffraction électronique. La stabilité thermique de ce matériau a été étudiée, cette étude a montré la formation à 450°C d'une phase de même composition mais de structure différente. Les propriétés électrochimiques de ces matériaux et les modifications structurales observées au cours du cyclage électrochimique ont été caractérisées.

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Al, jed Habib. "Influence de la recharge rapide sur les performances des accumulateurs lithium des véhicules électriques dans le cadre de l'utilisation postale." Thesis, Bordeaux, 2014. http://www.theses.fr/2014BORD0290/document.

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Cette thèse a pour objectif d’étudier l’influence de la recharge rapide sur le vieillissement des batteries lithium, et son impact sur les performances des véhicules électriques dans le cadre d’une utilisation postale. La première partie est consacrée à la modélisation de batteries lithium par un modèle à circuit électriques équivalent, dont les paramètres sont identifiables par des tests de caractérisation linéaires. La deuxième partie est dédiée à l’étude du vieillissement, et abouti sur un estimateur de vieillissement par l’exploitation des données des tests de vieillissement accélérés. Ensuite, l’utilisation postale est étudiée, et un profil de courant représentatif de la sollicitation réelle de la batterie est proposé. Ce dernier a permis de valider le modèle de la batterie dans le domaine de l’utilisation postale. Ensuite un modèle de véhicules électriques est présenté, il intègre le modèle de batterie, tout en le faisant vieillir en utilisant l’estimateur de vieillissement. Enfin, les différentes stratégies de recharges possibles sont énumérées et comparées. Pour conclure sur leurs influences sur le vieillissement des batteries, et donc les performances de véhicules
This thesis aims to study the influence of fast charging on the aging of lithium batteries, and its impact on the performances of electric vehicles as part of a postal use. The first part is devoted to the modeling of lithium batteries with an equivalent electric circuit model, whose parameters could be identified using linear characterization tests. The second part is dedicated to the study of aging, and results in an aging estimator using data collected from accelerated aging tests programs. Then the postal usage is studied, and a power profile representative of the actual load on the battery is provided. The latter was used to validate the model of the battery in the field of postal use. Then the postal use is studied, and a current profile representative of the real behavior of the battery is provided. This profile was used to validate the model of the battery in the postal use domain. Then a model of electric vehicles is presented, it integrates the battery model, which can simulates the aging state of the battery using the ageing estimator. Finally, the various possible strategies of recharge are listed and compared, which leads to conclusions about their influences on aging of batteries, and the vehicles performance

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Yassine, Hassan. "Etude par la spectroscopie d'impédance et le bruit des propriétés électrochimiques de piles Lithium-ion." Electronic Thesis or Diss., Littoral, 2023. http://www.theses.fr/2023DUNK0689.

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Dans ce travail, on se propose d’étudier des piles boutons commerciales Lithium-ion, notées Li-ion rechargeables, qui constituent les cellules élémentaires d’une batterie Lithium. Les piles Li-ion sont constituées de différents matériaux organiques et inorganiques en multicouche avec notamment 2 électrodes, cathode et anode, entre lesquelles circulent les ions lithium lorsdes charges et décharges. Ceci entraîne un vieillissement des piles Li-ion qui possèdent donc un nombre maximum de cycles de charge et de décharge ce qui limite leur durée de vie. Les piles Li-ion étudiées, de type CR2032, de capacité 45 mAh, ont un nombre maximal de 400 cycles pour conserver une capacité de 36 mAh. L’objectif de cette thèse est d’étudier le vieillissement de piles boutons Li-ion par deux techniques de caractérisations : la spectroscopie d’impédance électrochimique (EIS) et le bruit électrochimique (ECN). La méthodologie du vieillissement consiste en deux études bien différenciées à savoir le vieillissement par cyclage et le vieillissement calendaire (= au cours du temps). Pour le vieillissement par cyclage, des cycles successifs de charge et de décharge de différentes durées, de 20 h (C/20) à 20 min (3C), ont été effectués. Ensuite, nous réalisons des mesures d’impédance complexe électrochimique et de bruit électrochimique à large bande de fréquence, du mHz au MHz, ainsi que des mesures de capacité et de tension. Ces mesures permettent de déterminer les capacités différentielles dQ/dV et les tensions différentielles dV/dQ. Avec le vieillissement par cyclage, l’augmentation de la résistance de polarisation et la perte de la capacité sont observées ainsi que l’augmentation du niveau de bruit. Toutes ces mesures nous ont permis d’attribuer le vieillissement par cyclage d’une pile Li-ion à la perte de lithiums cyclables et de matières actives à la cathode. La deuxième étude de vieillissement concerne le vieillissement calendaire,sans tension appliquée, en effectuant des mesures d’impédance et du bruit électrochimique tous les 60 jours afin de suivre l’évolution de l’impédance, la capacité, la tension et le niveau du bruit. Le vieillissement observé au bout de 21 mois est en partie restauré grâce à un cycle lent de décharge/charge à C/20. Il reste cependant un vieillissement de la pile Li-ion que l’on attribue à des pertes irréversibles de matières actives à la cathode
In this work, we propose to study commercial Lithium-ion coin cells, known as rechargeable Li-ion cells, which are the elementary cells of a Lithium battery. Li-ion batteries are made up of various organic and inorganic multilayer materials, including 2 electrodes, cathode and anode, between which lithium ions circulate during charging and discharging. As a result,the ageing of Li-ion batteries and having a maximum number of charge/discharge cycleslimit their lifespan. The Li-ion batteries studied, type CR2032, with a capacity of 45 mAh, have a maximum number of 400 cycles to maintain a capacity of 36 mAh. The aim of this thesis is to study the ageing of Li-ion button cells using two characterization techniques : electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and electrochemical noise (ECN). The ageing methodology consists of two clearly differentiated studies : cycling ageing and calendar ageing (= ageing over time). For ageing by cycling, successive charge and discharge cycles of different durations, from 20 h (C/20) to 20 min (3C), were carried out.We then carry out complex electrochemical impedanceand electrochemical noise measurements over a wide frequency range, from mHz to MHz, as well as capacity and voltage measurements. These measurements enable us to determine differential capacity dQ/dV and differential voltages dV/dQ. With ageing by cycling, an increase in polarization resistance and loss of capacity are observed, as well as an increase in noise level.All these measurements enabled us to attribute the cycling ageing of a Li-ion battery to the loss of cycling lithiums and active materials at the cathode. The second ageing study involved calendar ageing, without applied voltage, by taking impedance and electrochemical noise measurements every 60 days to monitor the evolution of impedance, capacity, voltage and noise levels. The aging observed after 21 months is partly restored by a slow discharge/charge cycle at C/20. However, the Li-ion battery continues to age, as a result of irreversible loss of active material at the cathode

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Chancelier, Léa. "Développement de solutions innovantes d'électrolytes pour sécuriser les accumulateurs lithium-ion." Thesis, Lyon 1, 2014. http://www.theses.fr/2014LYO10208/document.

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Les batteries lithium-ion dominent le marché des appareils nomades et celui des véhicules électriques. Néanmoins elles posent des problèmes de sécurité liés à leur électrolyte, contenant des carbonates inflammables et volatils. Pour sécuriser ces systèmes, les liquides ioniques (LI) sont étudiés comme électrolytes alternatifs. Ce sont des sels liquides à température ambiante, réputés stables thermiquement et non inflammables. Ce caractère sécuritaire des LI, souvent avancé, est pourtant peu étayé par des expériences probantes. Les travaux de cette thèse visent à comprendre le comportement de ces LI en situations abusives, telles qu'un échauffement de la batterie, un feu ou une surcharge. Les températures de décomposition de LI contenant les cations imidazolium ou pyrrolidinium différemment substitués et l'anion bis(trifluoromethanesulfonyl)imide ont été déterminées par analyse thermogravimétrique (ATG). Une analyse critique des données (de la littérature et de nos mesures) a permis de définir une procédure optimisée, pour obtenir des résultats reproductibles et comparables. Des électrolytes constitués de mélanges de carbonates ou de LI et de sels de lithium ont été analysés par ATG dynamique et isotherme, et leurs produits de décomposition ont été identifiés. Leur comportement au feu a été testé par la mesure des chaleurs de combustion, des délais d'inflammation et l'identification des gaz générés. Des tests de cyclage électrochimique ont été menés avec ces mêmes électrolytes dans des systèmes lithium-ion constitués des électrodes Li4Ti5O12 et LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2. L'évolution des électrolytes et des surfaces des électrodes en situation de surcharge a été examinée
Lithium-ion batteries are dominating both the nomad device and electric vehicle markets. However they raise safety concerns related to their electrolyte, which consists of flammable and volatile carbonate mixtures and toxic salts. The replacement of the latter by ionic liquids (IL), liquid salts claimed to be thermally stable and non-flammable, could provide a safer alternative. Yet this often claimed feature has been poorly examined by experiments. The work of this thesis investigates IL behaviour under abuse conditions such as overheating, fire or overcharge. Decomposition temperatures of IL based on differently substituted imidazolium or pyrrolidinium cations and the bis(trifluoromethanesulfonyl)imide anion were determined by thermogravimetric analysis (TGA). A critical study of gathered data (from literature and our work) led to the determination of an optimised procedure to obtain reproducible and comparable results. Electrolytes based on carbonates mixtures or IL and containing lithium salt were studied by dynamic and isothermal TGA, and their decomposition products were identified. Their combustion behaviour was also tested by measuring heats of combustion and ignition delays. Emitted gases were analysed and quantified. Electrochemical cycling tests were carried out with these electrolytes in lithium-ion systems based on Li4Ti5O12 and LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 electrodes. The evolution of the electrolytes and electrodes surface was also examined under overcharge

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El, Brouji El Hassane. "Prise en compte du vieillissement dans la modélisation des supercondensateurs." Thesis, Bordeaux 1, 2009. http://www.theses.fr/2009BOR13947/document.

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L’objectif de cette thèse est l’évaluation du vieillissement calendaire des supercondensateurs. Le début est consacré à l’examen des principes et des technologies des générations récentes de supercondensateurs. Ensuite, une modélisation comportementale de ces composants est proposée sur la base des principes physico-chimiques mais surtout à partir de méthodes de caractérisation électriques originales menées sur une plate-forme dédiée. La majeure partie des résultats concerne la quantification du vieillissement calendaire de différents types d’échantillons en focalisant sur l’impact de la tension et de la température. Enfin, ces résultats, pris en compte dans les modèles, sont mis en regard de ceux obtenus lors du vieillissement en cyclage actif et les contributions individuelles identifiées
Abstract

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EDDAHECH, Akram. "Modélisation du vieillissement et détermination de l'état de santé de batteries lithium-ion pour application véhicule électrique et hybride." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00957678.

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Cette thèse se concentre sur la fiabilité des batteries lithium pour des applications véhicules à faible émission en CO2. Pour cela, des méthodologies de caractérisation électriques et thermiques, des protocoles et des tests de vieillissement de batteries lithium sous différents modes (cyclage actif, calendaire simple et cyclage/calendaire) ont été mis en œuvre.Une première partie de ces travaux de thèse s'attache à la modélisation et à l'estimation des états de charge et de santé de la batterie.La deuxième partie est consacrée à l'étude du vieillissement calendaire des batteries lithium utilisant la spectroscopie d'impédance comme méthode de caractérisation. Ensuite, une méthode originale pour l'évaluation de l'état santé de la batterie est proposée. Elle est basée sur l'exploitation de l'étape de charge à tension constante lors d'une recharge complète et est donc bien adaptée à une intégration au sein d'un système de gestion de batterie. L'approche introduite est validée sur des données réelles de vieillissement allant jusqu'à deux ans de test.Enfin, une étude du phénomène de régénération de la capacité suite à un vieillissement des batteries de type combiné cyclage/calendaire est menée. Cette dernière partie constitue une ouverture pour le développement de stratégies d'usage des batteries lithium en incluant leur comportement thermique.

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Portalis, Guillaume. "Compréhension des phénomènes de « cross-talking » au sein des accumulateurs Li-ion." Thesis, Sorbonne université, 2020. http://www.theses.fr/2020SORUS001.

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Les mécanismes de dégradation dans les accumulateurs Li-ion lors de leur vieillissement sont nombreux. Parmi ceux-ci, un phénomène spécifique au système LiFePO4 (LFP)/graphite s’installe lors du fonctionnement en cyclage de la batterie : c’est le « cross-talking ». Le matériau LFP se dissout et les espèces Fe2+ migrent vers le graphite pour se réduire et former des dépôts de fer dans sa couche protectrice (SEI). Cette pollution s’accompagne d’une perte linéaire de capacité de stockage lors du cyclage et diminue donc la durée de vie de la batterie. La méthodologie utilisée dans ce travail repose sur le vieillissement accéléré d’accumulateurs LFP/graphite au format bouton et sur la caractérisation des matériaux et des processus électrochimiques par la technique non destructive de spectroscopie d’impédance électrochimique (SIE). Cette approche constitue une étape préliminaire de l’étude du vieillissement car il est nécessaire de comprendre les mécanismes en jeu au niveau de chaque électrode. Différentes études ont donc été réalisées, dans une première partie, afin d’attribuer les signaux enregistrés par SIE pour chaque matériau d’électrode à leurs caractéristiques physico-chimiques. Dans une seconde partie, le suivi des performances et des propriétés des accumulateurs lors de cyclages a été effectué. Grâce aux investigations préalablement menées par SIE, nous avons pu caractériser la détérioration des propriétés de l’électrode de graphite et de sa SEI par le cross-talking dès le début du cyclage de l’accumulateur. Nous avons aussi montré que ce phénomène est thermiquement activé avec des dégradations plus importantes à l’issu de cyclages à températures élevées
Many different degradation mechanisms can occur during the ageing of Li-ion batteries. Among them, a particular phenomenon takes place within the LiFePO4 (LFP)/graphite system during battery cycling operation, namely the “cross-talking”. The LFP material dissolves and the Fe2+ species migrate toward the graphite electrode and then reduce to form iron deposits in its protective layer (SEI). This poisoning entails a linear storage capacity fading during cycling and therefore reduces the life of the battery.The methodology used in this work bears on accelerated ageing tests carried on LFP/graphite coin cells and also relies on the characterization of the electrodes materials and the electrochemical processes thanks to a non-destructive technique, namely the electrochemical impedance spectroscopy (EIS). This approach is a preliminary step in the study of aging because it is necessary to understand the mechanisms at stake at each electrode.As a first step, several studies have been carried out in order to attribute the obtained EIS signals for each electrode material to their physico-chemical properties. In a second part, the performance and properties of accumulators during cycling were investigated. Thanks to the studies previously carried out by EIS, we were able to characterize the deterioration of the properties of the graphite electrode and its SEI due to the cross-talking from the early stage of the battery cycling. We have also shown that this phenomenon is thermally activated with greater degradation following high-temperature cycling

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Eddahech, Akram. "Modélisation du vieillissement et détermination de l’état de santé de batteries lithium-ion pour application véhicule électrique et hybride." Thesis, Bordeaux 1, 2013. http://www.theses.fr/2013BOR14992/document.

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Cette thèse se concentre sur la fiabilité des batteries lithium pour des applications véhicules à faible émission en CO2. Pour cela, des méthodologies de caractérisation électriques et thermiques, des protocoles et des tests de vieillissement de batteries lithium sous différents modes (cyclage actif, calendaire simple et cyclage/calendaire) ont été mis en œuvre.Une première partie de ces travaux de thèse s’attache à la modélisation et à l’estimation des états de charge et de santé de la batterie.La deuxième partie est consacrée à l’étude du vieillissement calendaire des batteries lithium utilisant la spectroscopie d’impédance comme méthode de caractérisation. Ensuite, une méthode originale pour l’évaluation de l’état santé de la batterie est proposée. Elle est basée sur l’exploitation de l’étape de charge à tension constante lors d’une recharge complète et est donc bien adaptée à une intégration au sein d’un système de gestion de batterie. L’approche introduite est validée sur des données réelles de vieillissement allant jusqu’à deux ans de test.Enfin, une étude du phénomène de régénération de la capacité suite à un vieillissement des batteries de type combiné cyclage/calendaire est menée. Cette dernière partie constitue une ouverture pour le développement de stratégies d’usage des batteries lithium en incluant leur comportement thermique
In this thesis, we focus on the reliability of lithium batteries used for automotive applications. For this purpose, electric and thermal characterization methodologies as well as aging tests under several modes (calendar, power cycling, calendar/power cycling) are carried out.In a first part of the work, battery modeling and battery state estimation (state-of-charge and state-of-health) are considered.Then, based on periodic characterization from electrochemical impedance spectroscopy, calendar aging is investigated. Next, we proposed an original process for precise battery state-of-health determination that exploits a full recharge and mainly constant-voltage charge step which allows easily its integration within a battery management system. Our experimental results, up to two years real-life data, confirm effectiveness of our technique.Finally, we study the capacity recovery phenomenon occurring due to combined battery aging (calendar/power cycling). This final part is almost dedicated to introduce strategies for battery use presenting at the same time a thermal behavior study

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Tarhouchi, Ilyas. "Etude des phases Li10MP2S12 (M=Sn, Si) comme électrolyte pour batteries tout-solide massives." Thesis, Bordeaux, 2015. http://www.theses.fr/2015BORD0220/document.

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En remplaçant l’électrolyte liquide par un solide, les batteries tout-solide massivessont souvent considérées comme une solution aux problèmes de sécurité desbatteries Li-ion actuelles. La récente découverte du matériau Li10GeP2S12 destructure dite LGPS présentant une conductivité ionique équivalente à celles desélectrolytes liquides a réactivé ce domaine de recherche.Dans cette optique, nous avons étudié les matériaux Li10MP2S12 (M=Sn, Si) destructure LGPS, au moyen de diverses caractérisations structurales (DRX,RMN du 31P, spectroscopie Mössbauer …), de propriétés de mobilité/conductionionique (RMN du 7Li, spectroscopie d’impédance) et de propriétés électrochimiques(voltammétrie cyclique, cyclage galvanostatique).Les échantillons commerciaux de Li10SnP2S12 contiennent des impuretés et uneincertitude subsiste sur la composition de la phase de structure LGPS. Lamodélisation des déplacements de RMN du 31P a notamment permis de mettre enévidence l’influence des lithium en site octaédrique adjacents. Les mesuresd’impédance suggèrent une réactivité avec le Li métallique et la voltammétrieconfirme que cette phase est très instable à bas potentiel, excluant son utilisation entant que simple électrolyte dans une batterie tout-solide. Nous proposons qu’il puisseêtre utilisé à la fois comme électrolyte et comme matériau de négative.L’étude préliminaire des matériaux au silicium souligne la difficulté d’obtention dematériau pur de structure LGPS, et conduit à la mise en cause du modèle structuraldit thio-LiSICON. Par ailleurs, elle montre là encore l’instabilité de ces matériauxface au lithium métal
By replacing the liquid electrolyte by a solid one, solid state batteries are oftenconsidered as a solution to safety issues in current Li-ion batteries. The recentdiscovery of Li10GeP2S12 with so-called LGPS structure, which exhibits an ionicconductivity equivalent to that of liquid electrolytes, has boosted related researchactivities.In this perspective, we studied the Li10MP2S12 (M=Sn, Si) materials with LGPSstructure, using various methods to characterize the structure (XRD, 31P NMR,Mössbauer spectroscopy …), the ionic mobility/conductivity (7Li NMR, Impedancespectroscopy), and the electrochemical properties (cycling voltammetry,galvanostatic cycling) of the material.Commercially available Li10SnP2S12 batches contain impurities and there remains anambiguity in the actual composition of the LGPS type phase. Modelling of the 31PNMR shifts reveals the effect of lithium in neighboring octahedral sites. Impedencemeasurements suggest reactivity with Li metal, and cyclic voltammetry confirms thatthe material is highly unstable at low potential, which excludes its use as a simpleelectrolyte in solid state batteries. We propose that it might be used both as anelectrolyte and as a negative electrode.The preliminary study on silicon based materials highlights difficulties in obtaining apure LGPS-type compound and questions the real nature of the so-calledthio-LiSICON structural model. Besides, it also shows the instability of thesematerials versus lithium metal

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Yudhistira, Ryutaka. "Comparative life cycle assessment of different lithium-ion battery chemistries and lead-acid batteries for grid storage application." Thesis, KTH, Skolan för industriell teknik och management (ITM), 2021. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-300116.

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With the rapid increase of renewable energy in the electricity grids, the need for energy storage continues to grow. One of the technologies that are gaining interest for utility-scale energy storage is lithium-ion battery energy storage systems. However, their environmental impact is inevitably put into question against lead-acid battery storage systems. Therefore, this study aims to conduct a comparative life cycle assessment (LCA) to contrast the environmental impact of utilizing lithium-ion batteries and lead-acid batteries for stationary applications, specifically grid storage. The main tools in this study include Microsoft Excel for the life cycle inventory and OpenLCA for life cycle modelling and sensitivity analysis. In this research, a cradle-to-grave LCA for three lithium-ion battery chemistries (i.e. lithium iron phosphate, nickel cobalt manganese, and nickel cobalt aluminium) is conducted. The impact categories are aligned with the Environmental Footprint impact assessment methodology described by the European Commission. The standby grid operation scenario is considered for estimating the environmental impacts, where the batteries would deliver 4,800 kWh of electric energy throughout 20 years. Consequently, the functional unit will be in per kWh energy delivered. The lead-acid battery system has the following environmental impact values (in per kWh energy delivered): 2 kg CO2-eq. for climate change, 33 MJ for fossil resource use, 0.02 mol H+-eq. for acidification, 10-7 disease incidence for particulate emission, and 8x10-4 kg Sb-eq. for minerals resource use. Going back to the lithium-ion batteries systems, for the climate change and fossil resource use impact categories, the best performer is found to be the nickel cobalt aluminium (NCA) lithium-ion battery, with 46% and 45% less impact than lead-acid for the respective categories. On the other hand, the nickel manganese cobalt (NMC) was the best for the acidification and particulate emission impact categories with respective 65% and 51% better performance compared to lead-acid batteries. Finally, for the minerals and metals resource use category, the lithium iron phosphate battery (LFP) is estimated to be the best performer, which is 94% less than lead-acid. To conclude, the life cycle stage determined to have the largest contribution for most of the impact categories was the use stage, which then becomes the subject to a sensitivity analysis. The sensitivity analysis was done by varying the renewable contribution of the electricity grids in the use phase. Overall, the lithium-ion batteries systems have less environmental impact than lead-acid batteries systems, for the observed impact categories. The findings of this thesis can be used as a reference to decide whether to replace lead-acid batteries with lithium-ion batteries for grid energy storage from an environmental impact perspective.
Med den snabba ökningen av förnybar energi i elnäten, fortsätter behovet av energilagring att växa. En av de tekniker som växer intresse för energilagring på nyttan är litiumjon batteriets energilagringssystem. Emellertid, deras miljöpåverkan ifrågasätts oundvikligen mot blysyrabatteri lagringssystem. Därför syftar denna studie till att göra en komparativ livscykelanalys (LCA) för att komparera miljöpåverkan av att använda litiumjonbatterier och blybatterier för stationära applikationer, särskilt för nätlagring. I denna forskning genomfördes en vagga-till-grav-LCA (eller cradle-to-grave i engelska) för tre litiumjonbatterikemi (litium järn fosfat, nickel kobolt mangan, och nickel cobalt aluminium). Effektkategorier anpassades till miljökonsekvensbedömning metoden som beskrivs av Europeiska kommissionen. Det användningsfall scenariot för batterierna var standby läget, där batterierna leverera 4800 kWh elektrisk energi för 20 år. Följaktligen den funktionella unit är i ‘per kWh levererad energi’. Blysyrabatteriet hade följande ungefärliga miljöpåverkansvärden (i per kWh levererad energi): 2 kg CO2-eq. för climate change, 33 MJ för fossil resource use, 0.02 mol H+-eq. för acidification, 10-7 disease incidence för particulate emission, and 8x10-4 kg Sb-eq. för minerals resource use. Tillbaka till litiumjonbatterierna, för climate change och fossil resource use resursanvändnings kategorier, den bäst presterande var litiumjonbatteriet nickel kobolt aluminium (NCA). Det hade 46% och 45% mindre påverkan än blysyrabatteriet för respektive kategori. Å andra sidan, var nickel mangan kobolt (NMC) bäst för acidifcation och particulate emission kategorier. De är 65% och 51% bättre än blysyra för kategorierna. Slutligen, litium järn fosfat batteriet (LFP) är det bäst presterande för resource use of minerals and metals kategoriet, vilket det är 94% mindre än blysyra. Avslutningsvis, det livscykelstadier som var bestämt att ha det största bidraget för de flesta av påverkningskategorierna är användningsstadiet, som sedan blir föremål för en känslighetsanalys. I slutändan, litiumjonbatterierna ha mindre miljöpåverkan än blybatterier i detta projekt, för de observerade slagkategorierna. Resultaten av denna avhandling kan sedan användas som referens för att avgöra om bly-syrabatterier ska ersättas med litiumjonbatterier för energilagring ur ett miljöeffektperspektiv.

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Sadoun, Redha. "Intérêt d’une Source d’Energie Electrique Hybride pour véhicule électrique urbain – dimensionnement et tests de cyclage." Thesis, Ecole centrale de Lille, 2013. http://www.theses.fr/2013ECLI0009/document.

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Actuellement, la principale source d’énergie embarquée dans les véhicules électriques est composée de batteries Li-ion. Cette thèse fait partie des thématiques communes de travail que mène L’ESTACA en collaboration avec le L2EP. L’objectif ce projet est d’étudier l’apport d’une source hybride composée de batteries Li-ion et des supercondensateurs, sur les performances d’un véhicule électrique urbain.Dans un premier temps, une stratégie de gestion d’energie basée sur l’approche des règles déterministes a été appliquée pour montrer l’intérêt de l’association des différentes technologies de batterie Li-ion (haute puissance, haute énergie) avec le supercondensateur en fonction de l’autonomie voulue. Cette étude nous a permis de proposer une solution optimale (poids, volume, coût..) composée d’une batterie énergétique et un supercondensateur.Dans la deuxième partie, on a suivie l’évolution du vieillissement des deux de deux batteries de type haute puissance et hautes énergie dans, respectivement, les configurations mono-source et hybride. Pour réaliser cette étude, un banc de tests, destiné au cyclage et la caractérisation des systèmes de stockage, a été utilisé. Les résultats obtenus, offriront la possibilité de se prononcer sur le type de batteries Li-ion qui pourrait être le plus intéressant pour l’alimentation des véhicules électriques
Currently, the main embedded storage system supplying the electric vehicles is composed of Li-ion batteries. This thesis is one of the common themes of work that ESTACA leads in collaboration with L2EP. The objective of this work is to study the interest of a hybrid source composed of Li-ion batteries and supercapacitors to supply an urban electric.Firstly, an energy management strategy based on deterministic rules is developed to control the power between the battery and supercapacitor. To demonstrate the combination utility, different Li-ion battery technologies (Li-ion high power, high-Li-ion energy) are used on the sizing step. Through this study, we could propose an optimal solution (masses, volumes, costs...) consisting of battery and supercapacitor. In the second part, we have followed the evolution of capacity and the internal resistance losses of high power and high energy batteries type in, respectively, single-source and hybrid configurations. For this study, a test bench, developed for cycling and characterization of storage systems, was used. The results obtained provide the opportunity to choose Li-ion battery technology that could be the most interesting for the supply of electric vehicles

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Bandla, Venkat Nehru. "Modeling the internal inhomogeneous aging behavior in large-format commercial Li-ion batteries." Thesis, Amiens, 2018. http://www.theses.fr/2018AMIE0027/document.

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Les batteries Li-ion (LIB) sont utilisées comme dispositifs de stockage d'énergie dans les applications automobiles, mobiles ou stationnaire. Cependant, leur vieillissement conduisant à une dégradation de leur performance reste un problème majeur. Les LIB présentent un comportement non uniforme qui entraîne une utilisation incomplète et un vieillissement non uniforme. L'objectif de ce travail est donc d'identifier les facteurs influençant le comportement inhomogène et d'étudier leur effet sur le vieillissement. Une approche combinée modèle/expérimentation est adoptée. Un dispositif expérimental a été développé pour simuler les dispersions thermiques et de potentiels dans les batteries Li-ion commerciales. Ce dispositif est utilisé pour effectuer des tests en cyclage et le vieillissement inhomogène est évalué par des tests de caractérisation effectués pendant et après le cyclage. Des modèles multi-physiques décrivant le comportement des LIB ont été développés pour représenter le comportement du système expérimental. Deux phénomènes de vieillissement identifiés expérimentalement sont pris en compte, à savoir la formation d'une couche de SEI (Solid Electrolyte Interface) et la perte de matière active d'électrode positive. Le premier est fortement dépendant de la température et le second est plus uniforme. Cette approche combinée a permis de montrer que la dispersion thermique avait plus d'impact que les différences de potentiel sur l'homogénéité du vieillissement
Li-ion batteries (LIB) are used as energy storage devices in automobile, mobile and stationary applications. However their lifetime issue is a primary concern resulting in a decreased performance. Li-ion batteries exhibit non-uniform behavior that results in incomplete utilization of the cell energy and non-uniform aging. Thus the objective of this work is to identify the factors influencing the inhomogeneous behavior and to study their effect on aging. A combined modeling and experimental approach is adopted in this work. In the experimental work, a setup is developed that surrogates the thermal and potential gradients occurring in commercial LIB. This setup is used to perform long-term accelerated cycling tests and inhomogeneous aging behavior is assessed. Several characterization tests are performed during and after the completion of the cycling. In the modeling part, multiphysics models describing the electrochemical, electrical and thermal behavior of LIB are developed. These models are appropriately coupled integrated with an aging component to represent the experimental setup behavior. Two main degradation phenomena, namely SEI (Solid Electrolyte Interface) formation and positive electrode active material have been identified experimentally and modelled. The latter is uniform whereas the former is influenced by temperature. Based on this, thermal dispersion impact on the inhomogeneity is greater than potential dispersion

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Braconi, Dario. "Green two-wheeled mobility : Material Hygiene and life cycle analysis of anelectric scooter." Thesis, KTH, Maskinkonstruktion (Inst.), 2014. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-157045.

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In the last years electric vehicles gained importance as a more sustainable alternative to traditional vehicles. The introduction of an electric powertrain leads to lower air-pollution emissions but it also involves the introduction of new materials in the product life cycle, e. g., the rare earths and lithium contained in the motor and in the batteries. Those materials have an environmental impact and they need to be disposed properly. The aim of this thesis is to have a quantitative knowledge of the environmental balance linked to the use of a different powertrain. Furthermore, this study explores how this balance can be modified improving the recycling and the end of life management. Specifically in this thesis, an average electric scooter has been chosen as a case study. The electric scooter is used as object of comparison with a traditional internal-combustion-engine scooter. The choice of a two-wheeled mean of transport is linked to the low level of facilities involved. This report first includes a definition of the case of study; this section also presents a description of the technologies taken into exam. It is also presented the result of interviews with dismantlers to depict the current process of EoL management of a scooter. The central part of thesis deals with different recycling scenarios. With the help of the Material Hygiene mind-set, a qualitative analysis and different recycling scenarios are proposed. The recycling scenarios involve the component of the electric powertrain that are peculiar of the electric vehicle. They mainly are the electric motor and the lithium battery pack. The last part of the analysis encompasses a Life Cycle Assessment of an average electric scooter to give a quantitative meaning to the life cycle comparison and to assess the environmental benefits of the proposed recycling scenarios. To perform the Life Cycle Assessment a software, SimaPro 7.3, is used. This software lets the user insert the bill of materials of the product and it associates to each material its environmental loads according to the database EcoInvent v.2.2. Keywords: electric scooter, lithium battery, permanent magnet, neodymium, Material Hygiene, Design for Disassembly, Life Cycle Assessment, LCA
Negli ultimi anni i veicoli elettrici sono emersi come un ’alternativa sostenibile ai veicoli tradizionali. L’introduzione di un gruppo propulsore elettrico permette emissioni inquinanti più basse ma comporta anche l’introduzione di nuovi materiali nel ciclo di vita del prodotto, e.g., le terre rare e il litio contenuti rispettivamente nel motore e nelle batterie. Questi materiali hanno un impatto ambientale e hanno bisogno di essere trattati correttamente. Lo scopo di questa tesi è di avere una comprensione quantitativa del bilancio dal punto di vista ambientale legato al l’adozione di sistema di propulsione elettrico. Inoltre, è indagato come questo bilanco possa essere influenzato migliorando il ricic laggio e la gestione dell’ultima fase di vita del prodotto. Nello specifico, in questa tesi, uno scooter elettrico è stato scelto come caso di studio. Lo scopo è di comparare questo scooter con uno tradizionale considerando il ciclo di vita del prodotto. Il mezzo di trasporto a due ruote è stato scelto perché considerato più semplice da modellare in quanto privo di componenti non inerenti al trasporto (es. aria condizionata, hi-fi, etc.). Questo report anzitutto include una definizione del caso di studio, questa sezione presenta anche una descrizione delle principali tecnologie coinvolte nel prodotto studiato. In questa parte del lavoro è anche riportato il risultato di interviste a rottamatori di scooter per illustrare l’attuale iter di rottamazione di uno scooter. La parte centrale della tesi tratta i differenti scenari di riciclaggio. Sfruttando la mentalità Material Hygiene vengono proposte un’analisi qualitativa e differenti scenari di rici claggio. Gli scenari di riciclaggio coinvologono il progettista a livelli differenti. Questi scenari riguardano i componenti del sistema di propulsione elettrico. Essi sono principalmente il motore elettrico e le batterie al litio. L’ultima parte dell’analisi riguarda il Life Cycle Assessment di uno scooter elettrico al fine di dare un significato quantitativo al confronto tra i cicli di vita delle due alternative. Inoltre, il life cycle assessment ha lo scopo di verificare e quantificare i benefici di impatto ambientale collegati all’adozione degli scenari di riciclaggio proposti. Per svolgere il Life Cycle Assessment è stato usato un sofware, SimaPro 7.3. Questo software permette all’utente di inserire l’elenco dei materiali di un prodotto e di associare a ciascun materiale il proprio impatto ambientale. Il software ha a disposizione per la modellazione i database di impatto ambientale EcoInvent 2.2. Parole chiave: scooter elettrico, batteria al litio, magnete permanente, neodimio, Material Hygiene, Design for Disassembly, Life Cycle Assessment, LCA

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Bi, Xuanxuan. "Investigating the factors for the low cycle life of sodium oxygen batteries." The Ohio State University, 2015. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=osu1419690198.

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Carlén, Camilla, and Ulrica Sandgathe. "Ackumulatorer som räddar liv : En livscykelkostnadsanalys om UPS som nödkraftkälla." Thesis, Linnéuniversitetet, Sjöfartshögskolan (SJÖ), 2017. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:lnu:diva-63802.

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Vid strömavbrott på fartyg krävs enligt SOLAS regelverk att en nödkraftkälla startar automatiskt. Världshandelsflottan använder sig idag till största delen av generatorer drivna av en fossildriven förbränningsmotor för detta. Här undersöktes möjligheten att istället använda sig av en UPS. Studien har fokuserat på frågan om det är möjligt enligt gällande regelverk, om det finns produkter på marknaden som uppfyller regelkraven samt hur kostnaderna för de två alternativen skiljer sig vad gäller inköp och underhåll i 25 år. Resultatet för kostnaderna redovisades i en livscykelkostnadskalkyl. Sett till regelverk ifrån Transportstyrelsens författningssamling samt klassificeringssällskapet DNV-GL är det tillåtet att använda ackumulatorer eller generatorer. För att ha möjlighet att undersöka frågeställningen genom kostnadsförslag, sammanställdes en teoretisk fartygsmodell med svensk flagg. De företag som kontaktades var svenska tillverkare. Resultatet av den LCC som gjordes visade att det idag är billigare att investera i en konventionell nödgenerator.
The SOLAS regulations for merchant vessels states that in the event of loss of power, a backup power supply will start automatically. This paper investigated the possibility to replace the widely-used generator driven by a fossil-fuel powered internal combustion engine, with a UPS. Focus of the investigation included regulations concerning the use of accumulators onboard, market product range fulfilling the legal requirements and price difference based on purchase price and maintenance costs for 25 years. The cost results where compared as a Life Cycle Cost calculation. Regulations by the Swedish transport agency and the Classification DNV-GL allow the use of emergency power from accumulators or generator. For the possibility to investigate through cost estimations, a theoretical model of a merchant vessel with Swedish flag, was set up. All companies contacted were Swedish manufacturer. The results in the LCC show the situation of today and lets us know that the most cost efficient investment is the conventional emergency generator.

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OU, DONGYI. "State of the art of Life Cycle Inventory data for electric vehicle batteries." Thesis, KTH, Hållbar utveckling, miljövetenskap och teknik, 2017. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-219480.

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Radhakrishnan, Karthik Narayanan. "Evaluation of the Cycle Profile Effect on the Degradation of Commercial Lithium Ion Batteries." Diss., Virginia Tech, 2017. http://hdl.handle.net/10919/84420.

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Major vehicle manufacturers are committed to expand their electrified vehicle fleet in upcoming years to meet fuel efficiency goals. Understanding the effect of the charge/discharge cycle profiles on battery durability is important to the implementation of batteries in electrified vehicles and to the design of appropriate battery testing protocols. In this work, commercial high-power prismatic lithium ion cells were cycled using a pulse-heavy profile and a simple square-wave profile to investigate the effect of cycle profile on the capacity fade of the battery. The pulse-heavy profile was designed to simulate on-road conditions for a typical hybrid electric vehicle, while the simplified square-wave profile was designed to have the same charge throughput as the pulse-heavy profile, but with lower peak currents. The batteries were cycled until each battery achieved a combined throughput of 100 kAh. Reference Performance Tests were conducted periodically to monitor the state of the batteries through the course of the testing. The results indicate that, for the batteries tested, the capacity fade for the two profiles was very similar and was 11 % ± 0.5 % compared to beginning of life. The change in internal resistance of the batteries over the course of the testing was also monitored and found to increase 21% and 12% compared to beginning of life for the pulse-heavy and square-wave profiles respectively. Cycling tests on coin cells with similar electrode chemistries as well as development of a first principles, physics based model were done in order to understand the underlying cause of the observed degradation. The results from the coin cells and the model suggest that the loss of active material in the electrodes due to the charge transfer process is the primary cause of degradation while the loss of cyclable lithium due to side reactions plays a secondary role. These results also indicate that for high power cells, the capacity degradation associated with the charge-sustaining mode of operation can be studied with relatively simple approximations of complex drive cycles.
Ph. D.
Major vehicle manufacturers are committed to expand their electrified vehicle fleet in upcoming years to meet fuel efficiency goals. Understanding the effect of the charge/discharge cycle profiles on battery durability is important to the implementation of batteries in electrified vehicles and to the design of appropriate battery testing protocols. In this work, commercial lithium ion cells were tested using two profiles with the same energy transfer; a pulse-heavy profile to simulate on-road conditions for a typical hybrid electric vehicle, and a simplified square-wave profile with the same charge flow as the pulse-heavy profile, but with lower currents. Cycling tests on coin cells with similar electrode chemistries as well as development of a first principles, physics based model were done in order to understand the underlying cause of the degradation. The results suggest that the degradation observed is not dependent on the type of profile used. These results also indicate that for high power cells, the capacity degradation associated with the charge-sustaining mode of operation can be studied with relatively simple approximations of complex drive cycles.

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Stefan, Claudia-Simona. "Etude de la sécurité des batteries lithium-ion et de leurs performances à chaud, par utilisation de liquides ioniques." Thesis, Tours, 2008. http://www.theses.fr/2008TOUR4039.

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Ce travail porte sur une série de liquides ioniques (Pxy-TFSI) constitués d'un cation organique volumineux de type pyrrolidinium substitué par deux chaines alkyle et d'un anion bis(trifluorométhanefulfonyl)amidure (TFSI). Le but a été d'étudier leur utilisation potentielle en tant qu'électrolyte ou composant de l'électrolyte dans les bactéries Li-ion. Les liquides ioniques (LI) comme Pxy-TFSI permettent en effet d'améliorer considérablement la sécurité des accumulateurs lithium-ion sans perte de performances notables en terme de capacité ou de puissance. Les applications visées sont les accumulateurs Li-ions fonctionnant à température élevée (50 à 100°C) pour le LI purs et les batteries d'accumulateurs de fortes capacité (véhicule électrique) pour les mélanges comportant le LI et un électrolyte classique, appelé électrolyte de référence et composé d'un mélange d'alkylcarbonates et d'un sel de lithium PC/EC/3DMC+LiPF6+VC1%. Les LI purs présentent une pression de vapeur négligeable et une très haute stabilité thermique, sans perte de masse avant 300°. Ils sont eux-mêmes non inflammables et quand ils sont utilisés en mélange avec des solvants organiques inflammables, ils rendent l'électrolyte globalement auto-extinguible pour des teneurs comprises entre 20 et 30% en masse, et non inflammable pour des teneurs supérieures à 30%. On a étudié les propriétés de transport des Pxy-TFSI comme la conductivité ionique, la viscosité dynamique et le coefficient d'autodiffusion des cations (Li+ et Pxy+). Les résultats montrent que ces liquides ioniques présentent à température ordinaire une viscosité élevée et une conductivité relativement faible mais que ces propriétés peuvent être largement améliorées par une élévation des températures (50 à 90°C). Une modélisation de la viscosité et de la conductivité peut être obtenue à partir de la théorie VTF et de la notion de fragilité introduite par Angell. Selon cette dernière théorie, les LI Pxy-TFSI sont fragiles, les rendant utilisables dans les applications électrochimiques à température plus élevée que l'ambiante. Quant à la conductivité et la viscosité des mélanges contenant 20 à 30% de Pxy-TFSI, elles restent voisines de celle de l'electrolyte de référence dans les mêmes conditions de température. L'étendue de la fenêtre électrochimique des Pxy-TFSI purs est de 5,84V vs Li+/Li, ce qui est suffisant pour l'usage d'électrodes positives à haut potentiel comme LiCoO2. Elle est même plus large que celle de l'électrolyte de référence. La mouillabiité des électrodes par des LI purs ou en mélange avec l'électrolyte de référence ne constitue pas un obstacle à leur utilisation pratique mais une mouillabilité quasi totale des séparateurs peut être obtenue en remplaçant les séparateurs polyoléfines de type Celgard par des opérateurs de structure PET recouvert de particules AI2O3/SiO2(séparion). Un électrolyte doit être capable de dissoudre les gaz générés (surtout CO2) lors du fonctionnement de l'accumulateur. La solubilité du CO2 est amélioré quand on ajoute les LI Pxy-TFSI à l'électrolyte de référence ou a fortiori quand on les utilise purs. Les LI Pxy-TFSI utilisés en demi-accumulateur, avec des électrolytes de type graphyte, Li4Ti5O12 et LixCoO2 ont une bonne cyclabilité à 90°C. Les meilleurs résultats en cyclage sont obtenus dans les mélanges électrolytes référence +Pxy-TFSI à 20% ou 30% de LI et à température ambiante. Les LI étudiés peuvent être utilisés dans les applications Li-ion haute température et dans les batteries de haute capacité utilisées dans des conditions normales de température
This work is dedicated to a series of ionic liquid (Pxy-TFSI), composed of a voluminous organic cation of pyrrolidinium type (Pxy+) substituted by 2 alkyl chains and of bis(trifluoromethanesulfonyl) imide as anion (TFSI). Our aim is to investigate their potential use as electrolyte or electrolyte components in Li-ion batteries. Ionic liquids (IL) like (Pxy-TFSI) allow to considerably increase the safety of Lithium-ion accumulators without notable performance loss in terms of capacity or power. Pure ILs should be used as electrolyte in high temperature Li-ion batteries (50 to 150°C. As for mixtures consisting of an IL and a classic electrolyte (reference electrolyte) and composed of a mixture of alkylcarbonates and of a lithium salt (PC/EC/3DMC+LiPF6IM+VC1%), they could find applications in high capacity accumulator batteries in the electric vehicle field. Pure ILs have a negligible vapor pressure and a very high thermal stability, without mass loss under 300°C. They are not flammable and when they are mixed to flammable organic solvents (reference electrolyte), they make the electrolyte globally self-extinguishable when they represent 20 to 30% of the electrolyte mass content, non flammable when their content is above 30%. First, we studied transport properties of Pxy-TFSI such as ionic conductivity, dynamic viscosity and self-diffusion coefficients of cations (Li+ and Pxy+). Obtained results show that these ionic liquids present a high viscosity and a relatively weak conductivity at ordinary temperature. However, these properties can be largely improved by raising the temperature (from 50 to 90°C). A modelization of viscosity and conductivity can be obtained by applying the VTF theory and Angell's fragility theory. As the latter theory argue, the Pxy-TFSI IL are fragile, which makes them usable in electrochemical applications at temperatures higher than the ambient temperature. The conductivity and the viscosity of mixtures containing 20 to 30% Pxy-TFSI are concerned, they do not differ much from those of the reference electrolyte under similar temperature conditions. The width of the electrochemical window of pure Pxy-TFSI is 5,84V vs Li+/Li, which is enough for the use of high potential positive electrodes like LiCoO2. The electrochemical window is even larger than that of the reference electrolyte. The fact that electrodes get soaked in pure IL or in a mixture of IL and reference electrolyte constitutes no obstacle to their practical use. But separators cannot get almost totally soaked unless using the Séparion separators made of PET matrix covered in Al2O3/SiO2 particles, instead of Celgard polyolefine separators. An electrolyte must also be able to dissolve generated gases (especially CO2) whilst the accumulator is working. The solutibility of CO2 is improved when Pxy-TFSI ILs are added. The Pxy-TFSI ILs used in half-accumulators with Li4Ti5O12 and LixCoO2 graphite electrodes present a good cyclability at 90°C. The best cycling results are obtained when the reference electrolyte is mixed with Pxy-TFSI containing 20 to 30% IL at ambiant temperature. Thus, the ILs can be used in high temperature Li-ion application as well as in high capacity batteries used under normal temperature conditions

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Perrin, Marion. "Contribution à l'amélioration des batteries au plomb fermées pour l'application au véhicule électrique." Nancy 1, 2001. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/SCD_T_2001_0185_PERRIN.pdf.

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La durée de vie et les performances de batteries fermées au plomb pour l'application au véhicule électrique ont été améliorées grâce à l'application par le biais d'un nouveau séparateur (AJS) d'une pression mécanique sur les blocs d'électrodes. AJS peut soutenir une pression élevée pendant toute la vie de la cellule. Ainsi, l'espace libre pour l'expansion des matériaux actifs est limité. La matière active négative est alors compactée mais l'électrode positive développe une structure avec un squelette robuste face à la décharge et de larges pores qui permettent une utilisation homogène de la matière active sur toute son épaisseur. Sur la grille positive, la corrosion diminue ainsi que les effets associés à sa croissance car AJS stabilise mécaniquement le bloc d'électrodes. L'utilisation d'acide phosphorique augmente les performances des cellules à fort courant de décharge si elles sont chargées avec le régime adéquat. Cet effet disparaît au cours du cyclage. La recombinaison de l'oxygène est lente dans les cellules avec AJS mais suffit pour une vie supérieure à 1000 cycles profonds. L'oxygène passe de l'électrode positive à la négative par l'espace libre autour des électrodes et par des canaux dans le séparateur libérés de leur électrolyte par une surpression d'oxygène.

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Dang, Thanh Thuy Van. "Méthodes pour l'analyse de cycle de vie des batteries lithium-ion des véhicules électriques." Paris, ENMP, 2011. http://www.theses.fr/2011ENMP0051.

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Le présent mémoire a permis la construction d'un cadre permettant d'appliquer l'approche d'Analyse de Cycle de Vie (ACV) aux différentes technologies de batteries Li-ion des véhicules électriques (VE), en prenant en compte tout leur cycle de vie (production – utilisation – fin de vie). Concrètement, il permet d'établir une base de données dédiée à la batterie, de la modéliser et de la paramétrer. D'autres difficultés méthodologiques ont été résolues : choix de l'unité fonctionnelle, modularité du produit, incertitudes sur son usage et sur sa durée de vie, règles d'allocation pour la fin de vie… L'analyse de sensibilité menée montre que les résultats sont étroitement liés aux données et aux scénarios choisis. Pour le scénario de référence, les principales conclusions sont : - Potentiel de réchauffement climatique de l'ordre de 12kg CO2/ kg de batterie (production et fin de vie). D'autres impacts environnementaux ont été également examinés. - Importance du choix des matières de la batterie, de leurs procédés d'élaboration et de la localisation des usines vis-à-vis de sa performance écologique (ex : les matières actives de la cathode). - Gain sur certains impacts du bilan ACV grâce à des matières valorisées lors du recyclage des batteries. Ce gain varie en fonction des procédés de recyclage envisagés (pyrométallurgie et/ou hydrométallurgie) et des matières récupérées. - Bénéfice écologique pour le parc VE si l'on met en place un système de gestion des batteries (ex : cas de la location des batteries) Afin de favoriser l'éco-conception des batteries, un modèle d'ACV simplifié est proposé, permettant un gain en termes de temps et de coût tout en visant la même qualité de prestation qu'une ACV détaillée
A framework enabling an application of Life Cycle Assessment approach to various technologies of Lithium-ion Electric Vehicles batteries is created. It encompasses all the life cycle of the product (Manufacturing – Use – End of Life). More precisely, a specific LCA database for Li-ion batteries is constructed and batteries life cycle is successfully modeled. Others difficulties are discussed and solved during this works, such as the choice of batteries functional unit, system modularity, uncertainties of the Use phase and of batteries' lifetime, allocation rules for batteries End of Life… A sensibility analysis is carried out and shows that LCA results strongly depend on chosen data and scenarios. Main conclusions obtained from the base case of our studies are: - Climate change potential of a battery is about 10 - 15 kg CO2 éq/kg of batteries. This amount takes into account the manufacturing and the end of life. Others environmental impacts are also quantified (regional impacts such as acidification, eutrophisation; human toxicity and ecotoxicity…). - Batteries LCA results are sensitive regarding to the choice of its materials, of the manufacturing processes and of the geographic parameters. - Materials recovery during the End of Life phase leads to environmental benefit for the global impacts of the batteries. However, it depends on the recycling process (pyrometallurgical and/or hydrometallurgical), as well as on the nature of recovered materials. - Batteries leasing scenario can help minimizing environmental impacts of Electric Vehicles park. In order to facilitate eco-conception of Li-ion batteries, a simplified LCA model is created, which reduces times and costs of future LCA studies while ensuring the same accuracy

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Sadoun, Redha. "Intérêt d'une Source d'Energie Electrique Hybride pour véhicule électrique urbain - dimensionnement et tests de cyclage." Phd thesis, Ecole Centrale de Lille, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00980484.

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Actuellement, la principale source d'énergie embarquée dans les véhicules électriques est composée de batteries Li-ion. Cette thèse fait partie des thématiques communes de travail que mène L'ESTACA en collaboration avec le L2EP. L'objectif ce projet est d'étudier l'apport d'une source hybride composée de batteries Li-ion et des supercondensateurs, sur les performances d'un véhicule électrique urbain.Dans un premier temps, une stratégie de gestion d'energie basée sur l'approche des règles déterministes a été appliquée pour montrer l'intérêt de l'association des différentes technologies de batterie Li-ion (haute puissance, haute énergie) avec le supercondensateur en fonction de l'autonomie voulue. Cette étude nous a permis de proposer une solution optimale (poids, volume, coût..) composée d'une batterie énergétique et un supercondensateur.Dans la deuxième partie, on a suivie l'évolution du vieillissement des deux de deux batteries de type haute puissance et hautes énergie dans, respectivement, les configurations mono-source et hybride. Pour réaliser cette étude, un banc de tests, destiné au cyclage et la caractérisation des systèmes de stockage, a été utilisé. Les résultats obtenus, offriront la possibilité de se prononcer sur le type de batteries Li-ion qui pourrait être le plus intéressant pour l'alimentation des véhicules électriques

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Mesbahi, Tedjani. "Influence des stratégies de gestion d’une source hybride de véhicule électrique sur son dimensionnement et sa durée de vie par intégration d’un modèle multi-physique." Thesis, Ecole centrale de Lille, 2016. http://www.theses.fr/2016ECLI0004/document.

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Ce mémoire contribue à l’amélioration des performances d’une source de stockage hybride embarquée alimentant un véhicule électrique. La solution investiguée est composée de l’association de batteries Li-ion et de super condensateurs, dans le but d’obtenir, par rapport aux solutions classiques, un gain en masse et en durée de vie pour une certaine plage d’autonomie du véhicule. Notre objectif est de mettre à profit l’utilisation de nouvelles méthodes de gestion de la source hybride et de quantifier le gain obtenu. Un modèle multi-physique incluant les aspects électrique, thermique et vieillissement a été développé et intégré dans l’algorithme de gestion d’énergie afin d’évaluer la dégradation progressive des performances des éléments de stockage au cours des cycles de conduite selon la stratégie de gestion implantée. De nouvelles stratégies de gestion ayant pour objectif d’agir sur la durée de vie ont été évaluées. Leur impact sur les performances de la source en termes de masse, coût et durée de vie a pu être quantifié et montre bien que par une meilleure gestion des puissances, il est possible de mieux utiliser le stockeur hybride, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles approches de gestion d’énergie pour ces systèmes
This thesis contributes to the improvement of hybrid embedded source performances supplies an electric vehicle. The studied solution is composed of Li-ion batteries and supercapacitors hybridization, with an aim to achieve improved performances in terms of weight and lifetime over traditional solutions. Our main goal is to take the best advantage of new energy management strategies of the hybrid embedded source and quantify obtained improvements. A multi-physic model including electric, thermal and aging behaviors is developed and integrated into the algorithm of energy management in order to evaluate the gradual degradation of storage components performances during driving cycles and implemented control strategy. New energy management strategies intended to act on the lifetime of hybrid embedded source have been evaluated. Their impact on the performances of the source in terms of weight, cost and lifetime has been quantified and clearly shows that it is possible to make better use of hybrid embedded source thanks to a good power sharing, thus opening the way to new approaches of energy management for these systems

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Thieme, Sören, Jan Brückner, Andreas Meier, Ingolf Bauer, Katharina Gruber, Jörg Kaspar, Alexandra Helmer, Holger Althues, Martin Schmuck, and Stefan Kaskel. "A lithium–sulfur full cell with ultralong cycle life: influence of cathode structure and polysulfide additive." Royal Society of Chemistry, 2015. https://tud.qucosa.de/id/qucosa%3A36251.

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Lithium–sulfur batteries are highly attractive energy storage systems, but suffer from structural anode and cathode degradation, capacity fade and fast cell failure (dry out). To address these issues, a carbide-derived carbon (DUT-107) featuring a high surface area (2088 m² g⁻¹), high total pore volume (3.17 cm³ g⁻¹) and hierarchical micro-, meso- and macropore structure is applied as a rigid scaffold for sulfur infiltration. The DUT-107/S cathodes combine excellent mechanical stability and high initial capacities (1098–1208 mA h gs ⁻¹) with high sulfur content (69.7 wt% per total electrode) and loading (2.3–2.9 mgs cm⁻²). Derived from the effect of the electrolyte-to-sulfur ratio on capacity retention and cyclability, conducting salt is substituted by polysulfide additive for reduced polysulfide leakage and capacity stabilization. Moreover, in a full cell model system using a prelithiated hard carbon anode, the performance of DUT-107/S cathodes is demonstrated over 4100 cycles (final capacity of 422 mA h gs ⁻¹), with a very low capacity decay of 0.0118% per cycle. Application of PS additive further boosts the performance (final capacity of 554 mA h gs ⁻¹), although a slightly higher decay of 0.0125% per cycle is observed.

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Brissot, Claire. "Etude des mécanismes de croissance d'agrégats dendritiques produits au cours des cyclages dans les batteries au lithium à électrolyte polymère." Palaiseau, Ecole polytechnique, 1998. http://www.theses.fr/1998EPXX0061.

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La batterie au lithium tout solide a électrolyte polymère est une des technologies les plus prometteuses en vue d'une utilisation dans les véhicules électriques. Cependant, l'utilisation d'une anode en lithium métallique, qui a une capacite théorique élevée, est limitée par l'apparition de dendrites pendant la charge de la batterie. L'objet de cette thèse est d'améliorer la compréhension de ce phénomène. Le travail présente ici s'appuie sur les connaissances du laboratoire de physique de la matière condensée de l'Ecole polytechnique sur la formation d'arborescences métalliques par électrolyse en solution aqueuse et, en particulier, d'un modèle propose par Chazalviel pour expliquer ce phénomène. L'approche expérimentale adoptée pour observer la croissance des dendrites dans des cellules électrochimiques lithium/(poe)n-litfsi/lithium a permis de caractériser cette croissance in situ au cours des polarisations. Notre travail montre que les croissances dendritiques obtenues a forte densité de courant (régime semi-infini), sont compatibles avec les prédictions du modèle de Chazalviel, en particulier la vitesse des dendrites est comparable a la vitesse de migration des anions dans le champ électrique. Trois méthodes optiques ont permis de mettre en évidence l'existence de gradients de concentration devant les dendrites, démontrant la corrélation entre variations de concentration ionique dans l'électrolyte et croissance dendritique. A faible densité de courant (régime stationnaire), la couche de passivation a un rôle prépondérant sur le démarrage de la croissance. Au cours des cyclages des cellules, l'électrode et l'électrolyte se dégradent, ce qui accélère le processus de croissance dendritique (démarrage plus tôt et vitesse de croissance supérieure a la vitesse de migration des anions). Dans ce manuscrit, nous avons systématiquement compare nos résultats aux mesures réalisées sur des cellules de géométrie plus proche des systèmes réels, assemblées à l'EDF.

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Brissaud, Christine. "Etude morphologique et structurale des mécanismes de dégradation des batteries plomb/acide A recombinaison de gaz lors des tests de cyclage et de surchage." Lille 1, 1996. http://www.theses.fr/1996LIL10156.

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Анотація:

Les batteries plomb/acide ont parfois une durée de vie plus courte que celle espérée. L'origine de ce phénomène, appelé perte de capacité prématurée, a été localisée à la plaque positive. Des essais de cyclage et de surcharge sur des batteries industrielles ont été menés dans le but d'identifier et de comprendre les mécanismes de dégradations qui sont responsables de la chute de capacité. Des analyses de la plaque positive, au cur de la matière active et à l'interface grille/matière active, ont été réalisés tout au long de la vie des batteries et ont permis de conclure quant aux mécanismes intervenant lors de la fin de vie. La chute de capacité des batteries lors du test de cyclage a été attribuée à la formation d'agrégats isolés de matière active positive. Les agglomérats isolés ne peuvent plus participer aux réactions électrochimiques de charge et de décharge. Ce phénomène a été modélisé à partir du mécanisme de frittage en considérant cependant un processus lié à la nature du test de cyclage. La corrosion intergranulaire généralisée de la grille positive entraîne la chute de capacité des batteries testées en surcharge. Cette corrosion implique une déformation importante de la grille et la matière active s'en détache alors progressivement. La grille ne peut plus jouer son rôle de collecteur - distributeur de courant

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Wikland, Love. "Early-Stage Prediction of Lithium-Ion Battery Cycle Life Using Gaussian Process Regression." Thesis, KTH, Matematisk statistik, 2020. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-273619.

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Анотація:

Data-driven prediction of battery health has gained increased attention over the past couple of years, in both academia and industry. Accurate early-stage predictions of battery performance would create new opportunities regarding production and use. Using data from only the first 100 cycles, in a data set of 124 cells where lifetimes span between 150 and 2300 cycles, this work combines parametric linear models with non-parametric Gaussian process regression to achieve cycle lifetime predictions with an overall accuracy of 8.8% mean error. This work presents a relevant contribution to current research as this combination of methods is previously unseen when regressing battery lifetime on a high dimensional feature space. The study and the results presented further show that Gaussian process regression can serve as a valuable contributor in future data-driven implementations of battery health predictions.
Datadriven prediktion av batterihälsa har fått ökad uppmärksamhet under de senaste åren, både inom akademin och industrin. Precisa prediktioner i tidigt stadium av batteriprestanda skulle kunna skapa nya möjligheter för produktion och användning. Genom att använda data från endast de första 100 cyklerna, i en datamängd med 124 celler där livslängden sträcker sig mellan 150 och 2300 cykler, kombinerar denna uppsats parametriska linjära modeller med ickeparametrisk Gaussisk processregression för att uppnå livstidsprediktioner med en genomsnittlig noggrannhet om 8.8% fel. Studien utgör ett relevant bidrag till den aktuella forskningen eftersom den använda kombinationen av metoder inte tidigare utnyttjats för regression av batterilivslängd med ett högdimensionellt variabelrum. Studien och de erhållna resultaten visar att regression med hjälp av Gaussiska processer kan bidra i framtida datadrivna implementeringar av prediktion för batterihälsa.

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Schropp, Elke [Verfasser]. "Life Cycle Assessment of an Average German Battery Electric Vehicle / Elke Schropp." München : Verlag Dr. Hut, 2020. http://d-nb.info/121947617X/34.

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Kremer, François. "Amélioration de l’opérabilité des centrales électriques par l’intégration d’un système de stockage d’énergie." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2021. http://www.theses.fr/2021LORR0051.

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Le stockage de l'énergie électrique est aujourd'hui en plein essor car il semble être l'une des conditions nécessaires pour soutenir le développement des énergies renouvelables intermittentes dans les réseaux électriques. Il est en concurrence, entre autres, avec des sources de flexibilité historiques telles que les stations de pompage ou les centrales électriques à gaz. Les travaux de cette thèse consistent en l'hybridation de deux sources, à savoir le stockage de l'énergie sous forme électrique (batterie lithium-ion) et un cycle combiné (centrale de cogénération gaz-vapeur), afin d'améliorer la stabilité des réseaux et l'exploitabilité de la centrale. Les principaux objectifs sont de préciser les spécifications du système (fonctions, technologie de stockage, pré-dimensionnement), de créer un modèle de batterie lithium-ion configurable à partir des données du fabricant et de définir la stratégie de contrôle de l'hybride. La méthodologie de pré-dimensionnement s'inspire à la fois des travaux similaires réalisés par Gauthier Delille, et de l'expérience de General Electric, constructeur de cycles combinés, pour orienter ces systèmes vers des solutions adaptées. Au cours de la phase de dimensionnement détaillé, les travaux ont abouti à la création d'un modèle de batterie lithium-ion orienté "système" qui peut être mis en œuvre dans le logiciel temps réel de GE. Ce modèle, validé par des tests dans le laboratoire GREEN, obtient une précision correcte d'environ 95% (sur la tension et l'énergie des cellules). Enfin, la gestion de l'énergie de ce système hybride est réalisée en intégrant un nouveau contrôleur dans la centrale électrique qui fournit les instructions aux systèmes de stockage en traitant à la fois les données internes de la centrale et celles mesurées aux bornes du stockage. Le choix a été orienté vers des commandes simples (statisme, PI, etc.) couplées à un algorithme de logique floue. Celui-ci a été configuré en utilisant l'optimisation génétique sur des données provenant d'une centrale électrique existante. Malgré plusieurs contacts encourageants avec des clients potentiels qui se sont montrés intéressés par un tel système, aucun prototype n'a pu être construit
The storage of electrical energy is now booming as it seems to be one of the necessary conditions to support the development of intermittent renewable energies in electrical networks. It competes, among other things, with historical sources of flexibility such as pumping stations or gas-fired power plants. The work of this thesis consists in the hybridization of two sources, namely the storage of energy in electrical form (lithium-ion battery) and a combined cycle (gas-steam cogeneration plant), in order to improve the stability of the networks and the operability of the plant. The main objectives are to specify the system specifications (functions, storage technology, pre-sizing), to create a configurable lithium-ion battery model based on the manufacturer's data and to define the control strategy for the hybrid. The pre-sizing methodology draws on both the similar work done by Gauthier Delille and the experience of General Electric, a manufacturer of combined cycles, to guide these systems towards suitable solutions. During the detailed dimensioning phase, the work led to the creation of a "system-oriented" lithium-ion battery model that can be implemented in GE's real-time software. This model, validated by tests in the GREEN laboratory, achieves a correct accuracy of about 95% (on cell voltage and energy). Finally, the energy management of this hybrid system is achieved by integrating a new controller in the power plant that provides instructions to the storage systems by processing both the internal data of the power plant and the data measured at the storage terminals. The choice was oriented towards simple commands (droop, PI, etc.) coupled with a fuzzy logic algorithm. This was configured using genetic optimization on data from an existing power plant. Despite several encouraging contacts with potential customers who showed interest in such a system, no prototype could be built

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Baioli, Filippo. "Life cycle assessment comparativa di processi di estrazione di poliidrossialcanoati da colture batteriche." Master's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2015. http://amslaurea.unibo.it/8441/.

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I materiali plastici trovano ampie applicazioni in ogni aspetto della vita e delle attività industriali. La maggior parte delle plastiche convenzionali non sono biodegradabili e il loro accumulo è una minaccia per il pianeta. I biopolimeri presentano vantaggi quali: la riduzione del consumo delle risorse e la riduzione delle emissioni CO2, offrendo un importante contributo allo sviluppo sostenibile. Tra i biopolimeri più interessanti troviamo il poliidrossibutirrato (PHB), l’oggetto di questo studio, che è il più noto dei poliidrossialcanoati. Questo polimero biodegradabile mostra molte somiglianze con il polipropilene. La tesi consiste nell’applicazione del Life Cycle Assessment a processi di estrazione del PHB da colture batteriche. In essa sono valutate le prestazioni ambientali di 4 possibili processi alternativi, sviluppati dal CIRI EA, che utilizzano il dimetilcarbonato (DMC) e di 3 processi che utilizzano solventi alogenati (cloroformio, diclorometano, dicloroetano). Per quanto riguarda i processi che utilizzano come solvente di estrazione il DMC, due sono gli aspetti indagati e per i quali differiscono le alternative: la biomassa di partenza (secca o umida), e il metodo di separazione del polimero dal solvente (per evaporazione del DMC oppure per precipitazione). I dati primari di tutti gli scenari sono di laboratorio per cui è stato necessario realizzare un up scaling industriale di tutti i processi. L’up scaling è stato realizzato in collaborazione con il Dipartimento di Ingegneria Civile Chimica Ambientale e dei Materiali. La valutazione delle prestazioni ambientali è stata fatta rispetto a tutte le categorie d’impatto raccomandate dall’Handbook della Commissione Europea, di queste solo alcune sono state analizzate nel dettaglio. Tutti i risultati mostrano un andamento simile, in cui gli impatti dei processi che utilizzano DMC sono inferiori a quelli dei solventi alogenati. Fra i processi che impiegano DMC, l’alternativa più interessante appare quella che impiega biomassa di partenza secca e raccolta del PHB per precipitazione.

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Tran, Nicolas. "Etude des phases Li1+x(Ni0.425Mn0.425Co0.15)1-xO2 en tant que matériaux d'électrode positive pour batteries lithium-ion." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00142944.

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Анотація:

Des matériaux lamellaires d'électrode positive pour batteries lithium-ion, de formule Li1+x(Ni0.425Mn0.425Co0.15)1-xO2 (0 < x < 0.12), ont été synthétisés par coprécipitation. Leurs propriétés structurales et physico-chimiques ont été caractérisées par diffraction (rayons X, neutrons et électrons), spectroscopie XPS, mesures magnétiques ... La surlithiation (Li / (Ni+Mn+Co) > 1) entraîne la présence de lithium en excès dans le site des métaux de transition. Une surstructure de type v3.ahex. x v3.a hex. analogue à celle observée pour Li2MnO3 a été mise en évidence par diffraction électronique. Les propriétés électrochimiques et les modifications structurales observées au cours du cyclage ont été caractérisées pour ces matériaux. La surlithiation entraîne la présence d'un " plateau " de potentiel à ~ 4.5V/Li pour le système Li // Li(Ni0.425Mn0.425Co0.15)0.88O2 ; celui-ci a été associé à des changements structuraux irréversibles mettant en jeu une réorganisation cationique dans les feuillets et une perte d'oxygène.

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Takezawa, Hideharu. "Study on amorphous SiOχ film anode prepared by reactive evaporation for lithium-ion batteries". Kyoto University, 2017. http://hdl.handle.net/2433/227630.

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Rossouw, Claire Angela. "The accelerated life cycle testing and modelling of Li-ion cells used in electric vehicle applications." Thesis, Nelson Mandela Metropolitan University, 2012. http://hdl.handle.net/10948/d1012709.

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Li-ion batteries have become one of the chosen energy storage devices that are used in applications such as power tools, cellular phones and electric vehicles (EV). With the demand for portable high energy density devices, the rechargeable Li-ion battery has become one of the more viable energy storage systems for large scale commercial EVs because of their higher energy density to weight or volume ratio when compared to other current commercial battery energy storage systems. Various safety procedures for the use of Li-ion batteries in both consumer and EV applications have been developed by the international associations. The test procedures studied in this dissertation demonstrated the importance of determining the true capacity of a cell at various discharge rates. For this, the well known Peukert test was demonstrated. The study also showed that cells with different battery geometries and chemistries would demonstrate different thermal heating during discharge and slightly different Ragone results if different test methods were used as reported in the literature. Accelerated ageing tests were done on different cells at different Depth-of-Discharge (DoD) regions. The different DoD regions were determined according to expected stresses the electrode material in a cell would experience when discharged to specific DoD that follows the discharge voltage profile. Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) was used to measure various electrochemical changes within these cells. The EIS results showed that certain observed modelled parameters would change similarly to the ageing of the cell as it aged due to the accelerated testing. EIS was also done on cells at different State-of-Charge (SoC) and temperatures. The results showed that EIS can be used as an effective technique to observe changes within a Li-ion cell as the SoC or temperature changed. For automotive vehicles that are powered by a fuel cell or battery, a supercapacitor can be coupled to a battery in order to increase and optimize the energy and power densities of the drive systems. A test procedure in the literature that evaluated the use of capacitors with Pb-acid batteries was applied to Li-ion type cells in order to quantify the increased power due to the use of a supercapacitor with a Li-ion cell. Both a cylindrical LiCoO2 cell and a VRLA Pb-acid cell showed some additional charge acceptance and delivery when connected to the supercapacitors. A LiMn2O4 pouch cell showed significant charge acceptance and delivery when connected to supercapacitors. The amount of additional charge acceptance and delivery of the different combinations could be explained by EIS, in particular, the resistance and capacitance of the cell in comparison to the combination of the cell and supercapacitor. A large capacity LiCoO2 cell showed high charge acceptance and delivery without connection with a supercapacitor. The study proved that EIS can be used to model the changes within cells under the different conditions and using different test procedures.

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Damström, Julia. "Life cycle cost analysis of lithium ion batteries using different charging strategies: case study Stockholm Arlanda airport." Thesis, KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS), 2018. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-246907.

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To reach existing climate goals, the transportation sector need to be readjusted. One alternative is to use electricityas fuel. A positive trend is that the market share of electric vehicles is increasing, much thanks to that the ba�eryprices are decreasing. One ba�ery that is commonly used in electric vehicles is the lithium ion ba�ery (LIB), whichprice has decreased and is expected to continue to decrease. One useful tool when investigating the costs is lifecycle cost (LCC) analysis.One goal of this master thesis is to perform a systematic literature review on existing research about LCC analysison LIB. �e literature review results show that the found, existing research mainly focuses on LIBs and life cycleassessments. �e focus on LCC analysis is concluded to be small, based on the found published literature.�e main goal of this project is to investigate the charging strategy impacts on LIB lifetime from an LCC perspectiveduring a 20 year period. �e investigated charging strategies are slow, fast and induction charging. Depending onhow a ba�ery is charged, di�erent lifetimes may be obtained which is why these strategies are investigated. �eLCC analysis includes and discusses the investment cost, preventive maintenance cost, corrective maintenance costand the residual value. �e aging of the LIB is examined using a ba�ery block in Simulink/MATLAB. �e ba�erymodel and LCC analysis is applied on a mail truck at Arlanda airport and uses therefore inputs from the mail truckto model for example the discharging pa�ern.�e results from the Simulink aging model show that depending on which charging strategy that is used, di�erentlifetimes are achieved for the same LIB.�e results also show that the lifetime of the LIB is strongly a�ected by thecharging current and the SOC limits. Induction charging gives the longest lifetime, 9.4 years, while fast charginggives the shortest lifetime, 7.7 years for an ambient temperature of 20
För a nå bentliga klimatmål måste transportsektorn ställas om. E alternativ är a använda el som bränsle. En positiv trend är a andelen elbilar ökar, mycket tack vare a baeripriserna minskar. E baeri som vanligtvis används i elbilar är litiumjonbaeriet (LIB), vars pris har minskat och förväntas fortsäa a minska. E användbart verktyg för a undersöka kostnader är livscykelkostnadsanalys (LCC-analys). E mål med dea examensarbete är a genomföra en systematisk lieraturstudie om vilken bentlig forskning som nns om litiumjonbaerier och LCC-analyser. Lieraturstudien visar a den bentliga forskningen som undersöktes i denna studie huvudsakligen fokuserar på litiumjonbaerier och livscykelanalyser. Fokuset på LCC och analyser av kostnader gällande LIB var lågt. Huvudmålet med dea projekt är a undersöka olika laddningsstrategiers påverkan på litiumjonbaeriers livslängd utifrån e LCC-perspektiv under en 20-årsperiod. De undersökta laddningsstrategierna är långsamladdning, snabbladdning och induktions-laddning. Beroende på hur baeriet laddas; vilken laddström som nns och vilka gränser som nns för laddningen (SOC-gränser), kan olika livslängder erhållas. LCC-analysen inkluderar och diskuterar investeringskostnaden, förebyggande underhållskostnader, underhållskostnader i korrigerande sye och restvärdet.Åldringen av litiumjonbaeriet undersöks med hjälp av e baeri som tillhandahålls av Simulink / MATLAB. Bae-rimodellen och LCC-analysen appliceras på en postbil på Arlanda ygplats och använder därför indata från postbilen till a bestämma urladdningsmönster. Resultaten från Simulink-modellen visar a olika laddningsstrategier ger olika livslängder för samma LIB. Resultaten visar också a livslängden för e LIB påverkas av laddningsströmmen och SOC-gränserna. Den strategi som ger längst livstid är induktionsladdning som ger en livslängd på 9.4 år vid en omgivningstemperatur på 2020oC. Den laddstrategi som ger kortast livslängd är snabbladdning, där livslängden för e LIB är 7.7 år. Livslängden hos baeriet påverkar hur många baerier som behöver köpas under den undersökta 20-årsperioden, vilket påverkar LCC-analysen. A bestämma vilken laddningsstrategi som ger de bästa resultaten när det gäller livstid, urladdad energi och LCC är emellertid inte trivialt. Dea beror på a de kostnaden för förebyggande underhåll och restvärdet för e LIB inte är kända i dea projekt. Men baserat på livslängden och den totala mängden urladdad energi, dras slutsatsen a strategin med indukti m det innebär det högsta antalet arbetscykler under den längsta tiden.

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Martinez, Pancorbo Pablo. "Cradle-to-gate life-cycle assessment of future materials for commercial lithium-ion batteries : Raw Materials issues." Thesis, Högskolan i Gävle, Avdelningen för bygg- energi- och miljöteknik, 2018. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:hig:diva-27987.

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Current private transportation remains very harmful for the environment, especially the non-electric vehicles. This report proposes five novel type of nanomaterials-based Li-ion batteries to improve substantially the electric vehicle battery properties along with a substantial reduction of the environmental impact of its commercial counterparts. To address the problem, a cradle-to-gate life-cycle assessment has been performed in which the biggest emphasis has been focused on the energy and materials inputs and outputs during the raw materials extraction. We show how the analyzed Ni-doped graphene battery and Fe3O4-based Cu battery are the most environmentally friendly, stable, reliable and improved batteries among the five cases of study. These results can open new horizons for future advances in the implantation of an electromobility transportation.

I presented my work via Skype while sharing the screen.

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yang, fan. "TECHNOLOGICAL AND ENVIRONMENTAL SUSTAINABILITY OF BATTERY-POWERED ELECTRIC VEHICLES." Case Western Reserve University School of Graduate Studies / OhioLINK, 2020. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=case1586168947699415.

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Trad, Khiem. "Etude de nouveaux matériaux phosphates de lithium et d'élément de transition comme électrode positive pour batteries LI-ION." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00563877.

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Depuis la mise en évidence des potentialités du phosphate LiFePO4 comme électrode positive de batteries lithium-ion, un très fort regain d'intérêt pour les phosphates de fer est actuellement observé. Dans cette optique de recherche de nouveaux matériaux, notre intérêt s'est porté sur la phase Na3Fe3(PO4)4 et sur des monophosphates de fer et de manganèse de type alluaudite LiXNa1-XMnFe2(PO4)3. Leurs structures, respectivement en couche et en chaines, en font de bons candidats pour des applications en tant que matériau d'électrode pour des batteries au lithium ou au sodium. Notre étude porte donc, d'une part, sur la synthèse et la caractérisation structurale de ces phases, et d'autre part sur leurs propriétés physiques et électrochimiques.

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Pilipili, Matadi Bramy. "Etude des mécanismes de vieillissement des batteries Li-ion en cyclage à basse température et en stockage à haute température : compréhension des origines et modélisation du vieillissement." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAI118/document.

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Afin d'approfondir la compréhension des mécanismes de vieillissement des batteries Li-ion, des analyses post-mortem ont été effectuées sur des cellules commerciales Li-ion C/NMC. Ces autopsies ont révélé des dégradations inattendues qui remettent en question les connaissances actuelles sur les mécanismes de vieillissement de ces cellules. Ainsi, il semble que la réaction parasite des dépôts de Li métallique sur l'électrode en graphite, actuellement associée dans la littérature à des charges à basses températures et / ou à courants élevés, aurait diverses origines selon la chimie et les conditions d'utilisation de la batterie. Dans ce travail de thèse, des dépôts locaux de Li métallique ont été observés sur des cellules vieillies en calendaire à haute température. Paradoxalement, dans des conditions de cyclage à basse température, ce dépôt de Li métallique a résulté de la perte de porosité au niveau de l’électrode négative. Par ailleurs, un modèle de vieillissement semi-empirique, prenant compte les pertes en cyclage ainsi que celles causées par la croissance de la SEI et la polymérisation du biphényl, est proposé. Pour finir, une méthode d'identification des modes de dégradation grâce à des mesures de capacité incrémentale a été entreprise, sur la base du décalage des potentiels de chacune des électrodes
In order to deepen the understanding of the aging mechanisms of Li-ion batteries, post-mortem investigations were performed on C/NMC Li-ion commercial cells. These autopsies revealed unexpected degradations that question current knowledge about the aging mechanisms of these cells. Thus, it appears that the parasitic reaction of Li metal depositions on the graphite electrode, nowadays associated in the literature with charging at low temperature and / or high C-rates, would have various origins depending on the chemistry and conditions of use of the battery. In this thesis work, local Li deposits were observed on cells aged in calendar at high temperatures, due to the apparition of dry areas. Paradoxically, under low temperature cycling conditions, this Li resulted from anode porosity hindrance. Besides, a semi-empirical aging model, taking into account cycling losses as well as those caused by the SEI growth and the biphenyl polymerization, is proposed. Finally, a method of identifying degradation modes using incremental capacity measurements has been undertaken, based on the potential shifts of each of the electrodes

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Abbes, Dhaker. "Contribution au dimensionnement et à l'optimisation des systèmes hybrides éoliens-photovoltaïques avec batteries pour l'habitat résidentiel autonome." Thesis, Poitiers, 2012. http://www.theses.fr/2012POIT2254/document.

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Cette thèse est une contribution à l'étude des systèmes hybrides éoliens-photovoltaïques avec batteries sur plusieurs aspects : évaluation des sources, modélisation, simulation, optimisation du dimensionnement et enfin commande et supervision. Ainsi, dans un premier temps, une étude d'impact sur l'évaluation du potentiel en énergies renouvelables sur un site donné en prenant en compte la consommation dans un habitat résidentiel (période et méthode d'acquisition des données, techniques d'évaluation, ...) est présentée. Puis, les modèles énergétiques des différents composants du système ainsi que les aspects économiques et écologiques sont définis. L'ensemble est représenté à l'aide du logiciel Matlab/Simulink. Ensuite, une méthodologie d'optimisation du dimensionnement du système multi-sources est développée et comparée à plusieurs approches, allant d'une optimisation mono-objective à une multi-objective et évaluant le coût économique et écologique de chacune de ces solutions. Une solution « pratique » est retenue pour les composants PV, éolien et batteries du système final afin d'en évaluer la viabilité énergétique, économique et écologique. Les résultats montrent un impact environnemental faible et un coût raisonnable du point de vue économique ainsi qu'une satisfaction de la charge dans les limites tolérées par l'usager. La méthode développée de dimensionnement est comparée à un outil commercial existant. Enfin, un banc expérimental PV-éolien avec batteries est mis en oeuvre avec une nouvelle technique de supervision basée sur le contrôle des courants et l'estimation de l'état de charge des batteries
This thesis is a contribution to the study of photovoltaic-wind-battery hybrid systems for several aspects: source evaluation, modeling and simulation, design optimization and finally control and supervision. Thus, an impact study on the evaluation of renewable energy potential at a given site taking into account consumption in residential housing (period and method of data acquisition, evaluation techniques...) is presented. In addition, all the components of the system are modeled and economic and ecological aspects are defined in order to make an overall assessment of various system configurations. All models are represented using Matlab/Simulink tool. Then, a methodology for single and multi-objective design optimization of a multi-source system is developed to minimize system Life Cycle Cost (LCC), Embodied Energy (EE) and Loss of Power Supply Probability (LPSP). A "practice solution" is thus retained and evaluated. Results show a low environmental impact and a reasonable economic cost as well as a satisfaction of the load within the limits tolerated by the user. Besides, a very convincing comparison of the developed sizing method to an existing commercial tool is presented. At the end, an experimental PV-wind-battery tested is developed in laboratory to ensure a quasi-realistic emulation of hybrid system behavior for different configurations. Accordingly, a new supervision strategy based on currents control and battery state of charge estimation is successfully validated

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Salman, Omer, and Yanbin Chen. "Comparative Environmental Analysis of Conventional and Hybrid Wheel Loader Technologies : A Life Cycle Perspective." Thesis, KTH, Industriell ekologi, 2013. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-120004.

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Volvo Construction Equipment is investigating the potential of hybrid wheel loaders. To determine if this new hybrid wheel loader concept is preferable from an environmental point of view to the latest G- series Volvo wheel loader, a comparative life cycle assessment (LCA) has been performed on the Volvo L150G wheel loader and a hybrid wheel loader concept. The complete machines have been studied throughout their life cycle: raw material extraction, material processing, manufacturing processes, transportation, use phase, and end of life. In order to quantitatively assess the environmental impact of all lifecycle stages, five different environmental indicators have been used: global warming potential, abiotic resource depletion potential, acidification potential, eutrophication potential and ozone depletion potential. In addition, a sensitivity analysis and two weighting methods are used to interpret the results. The results show that a hybrid wheel loader concept reduces environmental impacts significantly compared to a conventional L150G, except the impact category ADP (element). Moreover, the use phase has by far the greatest impact within the life cycle, for most impact categories (90% of the total life cycle impact). A sensitivity analysis on use phase with impacts also showed the limitations for use in China.
Volvo Construction Equipment undersöker potentialen av hybrid hjullastare. För att avgöra om ett hybrid hjullastare koncept har fördelar ur miljösynpunkt jämfört med en G-serien Volvo hjullastare har en jämförande livscykelanalys (LCA) utförts på Volvo L150G hjullastare och ett hybrid hjullastarkoncept. De kompletta maskinerna har studerats under hela deras livscykel: utvinning av råmaterial, materialbearbetning, tillverkningsprocesser, transport, användningsfas och slutet av skrotningsfasen. För att kvantitativt kunna bedöma miljökonsekvenserna av alla livscykelnskeden har fem olika miljöindikatorer använts: global uppvärmningspotential, abiotiska resursutarmningspotential, försurningspotential, övergödningspotential och ozonnedbrytingspotential. En känslighetsanalys och två viktningsmetoder har tillämpats för att tolka resultaten. Resultaten visar att ett hybrid hjullastarkoncept minskar miljöpåverkan avsevärt jämfört med en konventionell L150G, förutom påverkan från kategorin resursutarmningspotential. Dessutom har användningsprocessen i särklass störst påverkan inom livscykeln för de flesta effekt kategorier (90% av den totala livscykelpåverkan). En känslighetsanalys på användningsprocessen och dess effekter visade också på begränsningar för användning i Kina.

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Liu, Lollo. "Life Cycle Assessment of a Lithium-Ion Battery pack for Energy storage Systems : - the environmental impact of a grid-connected battery energy storage system." Thesis, Uppsala University, 2020. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-428627.

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This thesis assessed the life-cycle environmental impact of a lithium-ion battery pack intended for energy storage applications. A model of the battery pack was made in the life-cycle assessment-tool, openLCA. The environmental impact assessment was conducted with the life-cycle impact assessment methods recommended in the Batteries Product Environmental Footprint Category Rules adopted by the European Commission (2016). The findings in this study showed that the most important parameter in the cradle-to-grave assessment was the use-stage losses, which can be reduced by using electricity grids with high sharesof renewable energy or by increase the round-trip efficiency of the battery system. However, for the cradle-to-gate assessment, five impact categories were found to be relevant. These categories were: climate change, acidification, fossil resource use, resource use (minerals and metals) and particulate matter. Furthermore, within these impact categories, four materials contributed to more than 65 % of all impact. These key materials were; nickel, aluminium, cobalt and graphite. Therefore, a recommendation to battery manufacturers is to prioritise sourcing these four key materials from sustainable suppliers to reduce the overall cradle-to-gate environmental impact. Lastly, by integrating recycling of the battery pack in the end-of-life-stage, it was possibleto achieve a net reduction of 9-20 % of the cradle-to-grave climate change, acidification and fossil resource use compared to not including recycling. Therefore, the development of efficient and large-scale recycling will likely play a major role in reducing the environmental impact from lithium-ion batteries in the future.

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