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Batteries - Technologie des LiPos

Petite synthèse d'un échange de mail instructifs sur électron-libre ...

Autopsie d'un élément LiPo:

lipo0123.jpglipo0125.jpg

C'est bien ce que je pensais, sur le cuivre, ça doit être du carbone :

C'est ce qui fait monter le couple électrochimique entre anode et cathode à 3,7 Volts.
Le "plastique" entre les deux, c'est le polymère semi perméable, il doit présenter une surface énorme, car la matière qui le compose doit être réceptrice d'électrons, c'est comme si à sa surface il y avait autant de "pôles positifs" que la batterie n'encaisse d'électrons.
A ce niveau o­n pourrait presque comparer un élément Lipo à un condensateur électrochimique.
Le Li est le premier élément du tableau périodique à posséder deux couches électroniques ( la K et la L ) il a deux électrons sur la K, celle qui échange.
La masse atomique est ridiculement faible ( masse atomique = 3 !! ) c'est juste après l'hydrogène ( 1 ) et l'hélium (2).
L'espace entre noyau atomique(+) et électrons (-) qui gravitent sur leurs orbites respectives (K et L ) est énorme, donc la réactivité ( en plus clair, la possibilité du Li d'échanger des électrons est énorme par rapport au Ni ou Cd)
Ici le couple c'est Li qq chose / C ( carbone ) = 3,7 Volts.
Comme il n'y a pas d'électrolyte la vitesse de déplacement des électrons serait sans limite ...si le polymère résistait à l'élévation de température provoquée par la migration des électrons ce qui tu le sais n'est pas le cas !! Dommage !
Mais o­n y arrive ( Toshiba ) !

Les accidents du type surcharge ou mise en série de packs qui ne sont pas au même voltage ont pour effet de provoquer une migration brutale d'électrons, juste pour trouver l'équilibre, mais ce faisant, la température du polymère augmente, la vitesse d'échange croît et la température monte encore....tu vois ?
c'est une réaction en chaîne que l'on arrêtera pas !
Il y aura destruction, d'où les liposaves.
Dans le cas de la surcharge, s'il y avait un électrolyte, même gélifié, ben il se déshydrate un peu , la batterie perd un peu de ses performances puis c'est tout !
En Lipo , c'est un mur , un vrai stop! Rien pour dissiper! quelques électrons de trop, quand il n'y a plus de place, c'est l'élévation directe et brutale de la température. Crac des isolants et le couple Li xx / C tend à reprendre son équilibre c-a-d lâcher des électrons .
lipo0130.jpglipo0138.jpg


Et quand le polymère monte en température , il arrive ce qui devait arriver ..... ça flambe, car c'est le coup d'arc, entre anode et cathode, décharge instantanée du polymère qui cuit puis se vaporise presque instantanément.
O­n a réinventé la bombe atomique wink)
Non c'est seulement une bombe à électrons et le rééquilibrage est purement chimique !

J' avais lu dans les années 90 des recherches sur ces batteries, ont les annonçait comme celles de l'avenir et très bon marché ( ça c'est raté) car comme tu le vois, il n'y a presque plus rien dedans, car un peu de carbone sur une feuille de cuivre ultramince et un oxyde ou un carbonate de lithium de l'autre, séparé par une feuille de polymère raté ( c'est le cas de le dire puisque il est ultra poreux ) !!
C'est cher payer pour ce qu'il y a dedans. Mon avis est que les prix sont des prix "modélistes" et que nous sommes les testeurs payants !
Voilà ce que j'en pense Pol, mais je pourrai te confirmer tout cela quand je serai passé à l'univ avec les échantillons ! bonne soirée et à bientôt !

Hugo

Bonjour à tous,
Un ami qui travaille dans le "spatial" m'a communiqué cette adresse intéressante du point de vue de la compréhension du "système Li poly " malheureusement, les formules restent secrètes?http://www.batscap.com/default.html
Bonne journée à tous

Hugo Vanhaverbeke

Merci Hugo ...
mais ce que développe BatScap est "autre chose " que "nos" LiPo lesquels sont, comme tu me l'as enseigné l'autre jour, avec la Cathode faite, non pas par du Lithium métal mais par des "ions Lithium"

Jean-Luc BOUTILLON


Pas tout à fait Jean-Luc, lorsque Pol-Henri m'a donné un morceau de sa lipo démontée, il apparaît clairement une cathode en cuivre ( pôle - ) recouverte de carbone , puis le polymère, puis une feuille aluminisée , anode (pôle +) C'est donc le Lithium qui sert au transfert des électrons qui est systématiquement et constamment sous forme ionique. Sous cette forme (ionique ) le Lithium peut accepter ou rejeter des électrons , ( charge ou décharge ) mais il faut de toute manière des électrodes ( positive et négative ) pour créer le circuit et suivant la nature de ces électrodes, obtenir le couple électrochimique (de 3,7 V )du Lithium.
Il se peut bien que la nature de ces électrodes soit différentes, d'où des différences marquantes entre certaines marques de Lipoly. A la lecture de l'observation, on se dit qu'il y a trois couches de matériaux superposés. ERREUR !
lipo0134.jpglipo0133.jpg

.
La fine feuille de cuivre ( 1) est recouverte de carbone (2) puis le film polymère (3) puis, de nouveau un très mince film (4 ) chargé de substance lithiée , souvent Li2O (5), collé sur un support alu (6). En fait 4, 5, et 6 ne représentent qu'une feuille.
Le film polymère ( 3) est chargé lui aussi durant sa fabrication de sels de Lithium, généralement des carbonates ( mais aussi des fluorures)qui auront pour mission de transporter les ions Li + .
On comprend un peu mieux ce qui se passe dans un élément Lipoly sachant que les carbonates sont très sensibles à la température, donc trop chaud = destruction du transporteur sans espoir de le rétablir.
De même une décharge trop profonde et /ou surcharge /survoltage,( le fameux seuil de 4,2 Volts) sera "vécue" comme une électrolyse du transporteur inclus dans le polymère, et donc dissociation et par conséquent une forte diminution de la capacité de l'élément ou sa destruction. D'où l'utilité des liposave..
La température des Lipoly est donc un point à surveiller de très près.
Le très mince film (4) a également une mission de "frein à électrons" qui limite en quelque sorte le passage des A .
Toute cette petite chimie étant inclue dans un polymère qui n'est pas un produit très pur, va lentement se dégrader en s'associant avec les impuretés contenues dans les composants, c'est un des soucis des fabricants. Ce vieillissement accéléré sera d'autant plus rapide que les températures sont élevées (réactions chimiques activées par la température.) Voilà à ce jour ce dont on peut dire sans trop se tromper sur UN TYPE DE LIPO , car il y en a de très nombreuses variétés avec des composants assez variables.

J'ai essayé d'être bref, mais avec ce sujet ....
Excusez moi!
Bonne soirée

Hugo Vanhaverbeke

Salut,
Sait-on ce qui brule en cas de surcharge ?
J'imagine qu' il y a un dégagement gazeux, de quelle nature est il?
Est-ce qu'il s'enflamme au contact de l'air au moment ou la poche en mylar pete ?
JLucP

Bonsoir Jean-Luc,

Oui on sait, et c'est logique, lorsqu'il y a surcharge, plusieurs phénomènes surviennent quasi simultanément :
Le polymère qui n'a plus d'ions à transporter, commence à dégrader sa masse incluse d'électrolyte (qui est conductrice) , les carbonates décomposés forment du CO2 qui fait gonfler la batterie,la température du polymère PE ( en général ) monte exagérément et à certains endroits dans la batteries, les films d'anode et de cathode se soudent, provoquant la vaporisation du PE qui s'enflamme au contact des parties métalliques portées au rouge. C'est rapide et à ces températures, le Li2O lache de l'oxygène (1/2 O2 ) qui alimente la combustion du PE.
Le carbone casse le CO2 pour s'oxyder en CO ! bref c'est plus possible d'afficher les molécules qui disparaissent au profit de celles qui se créent.
lipo-feux.jpg
Mais attention, c'est un accident ! ca ne devrait pas arriver si les consignes sont respectées.
Il va de soi que ces batteries dans l'état actuel des fabrications ne trouverons pas d'applications courantes, c'est sans doute la raison des nombreux modèles et différences existantes.
En principe, ce serait parfait en usage unique, et moins cher que les piles sèches.
Mais nous vivons une révolution wink)
Bonne soirée
PS j'essaie de ne pas faire un cours de chimie pour rester compréhensible,
mais c'est pas toujours facile !

Hugo Vanhaverbeke


Date de création : 12/10/2005 @ 22:27
Dernière modification : 20/11/2005 @ 00:08
Catégorie : Batteries
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Réaction n°4 

par michel le 13/01/2007 @ 10:33

Je voudrais répondre à tout ces articles alarmistes sur la dangerosité des accus lipo.

Je les utilisent depuis leurs apparition sur le marché français c'est à dire environ 3ans.Je ne suis pas un expert en électronique, je me considère plutôt comme  un utilisateur ordinaire.

Pour ma part je suis convaincu que si vous les utilisés comme le conseil le constructeur vous ne voudrez plus revenir aux autres accus.

_Utilisez un chargeur prévu pour les lipo.

_Utilisez un contrôleur prévu pour les lipo (réglé correctement).

_Ne dépassez pas les valeurs de décharge.

Ainsi votre vie de modéliste ne serra faite que de longs vols tranquilles.


Réaction n°3 

par JFPion le 28/11/2005 @ 15:57

la raison est simple, la tension aux borne d'un condensateur est fonction directe de sa charge et donnerait un tension trop variable, et la capacité des condensateurs est bien trop faible, pour remplacer un accu il faudrait des capacité des plusiers farad sous 12V, ce qui n'existe pas en volume/poids modéliste


Réaction n°2 

par Lefrancois le 27/11/2005 @ 12:46

Pourquoi ne pas utiliser directement des condensateurs avec une régulation du courant pour alimenter ce qu'il faut? Sur les satellites, les panneaux solaires alimentent des batteries, mais pour éviter les surchages et réguler les débits trop brusques et importants de courant, l'on stocke l'électricité produite dans des condensateurs qui viennent alimenter les batteries et s'y subtituer en cas de panne. Précision, je ne suis pas électronicien ni électricien mais je pose la question sur le principe: celà reviendrait moins cher et ne serait pas plus lourd.


Réaction n°1 

par PierreW le 14/11/2005 @ 21:50

Enfin une explication claire du fonctionnement et surtout du non fonctionnement de nos "chers" lipos merci Hugowink

PierreW



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