Mise en place d'une approche alliant expériences et modélisation en vue du développement de batteries lithium-air pour l'aéronautique

To develop more electrical aircrafts, energy storage systems with high gravimetric and volumetric energy densities are required. Among the potential solutions, lithium-air batteries appeared as a promising choice due to their high theoretical energy densities. However, such systems suffer from many limitations which induces low practical energy densities.To enhance the batteries performances, a study on the electrode texture was implemented taking into account the limiting phenomena of passivation, pore clogging and oxygen diffusion. First studied by the help of modeling, development of these electrodes was later achieved at lab scale. The bi-porous electrodes obtained could reached the 70 % of the expected capacity. Later, due to the reproducibility issues observed a second study was settled to limit variation of the discharge capacities. It was noticed that lithium-air batteries were extremely sensitive to the parameters impacting kinetics and more especially the nucleation step. So temperature, current density and electrode surface should be perfectly masteredLe développement des avions plus électriques nécessite des systèmes de stockage électrochimique à fortes densité d'énergie, à la fois gravimétrique et volumétrique. Parmi les diverses solutions envisagées, les batteries lithium-air air sont apparues comme une solution envisageable du fait de leur densité d'énergie théorique élevée. Cependant, les performances obtenues en pratique sont bien éloignées des théoriques à cause des nombreux verrous technologiques dont souffrent ces batteries. Afin d'augmenter les performances des batteries une grande partie des travaux a eu pour objectif de créer des électrodes texturées prenant en compte les phénomènes limitant tels que la diffusion de l'oxygène, le remplissage des pores ou encore la passivation de l'électrode afin d'améliorer la capacité de décharge. D'abord étudiées grâce à la modélisation, le développement en laboratoire a ensuite permis de créer des électrodes bi-poreuses pouvant atteindre jusqu'à 70 % de la capacité théorique. Par la suite, en vue d'un manque de reproductibilité certain, l'étude des paramètres pouvant induire une variation des capacités de décharge a été mise en place. Il est alors apparu que les batteries lithium-air sont extrêmement sensibles aux paramètres modifiant sa cinétique et l'étape de nucléation : la température, la densité de courant et l'état de surface de l'électrod