Recyclage de déchets dans les sols agricoles de
Guadeloup

Vieillissement des cellules LifeBatt

Les résultats du vieillissement des cellules LifeBatt issus des contrôles périodiques (CU) effectués sur un échantillon de cellules LifeBatt légèrement vieillies (par leur stockage ) sont présentés dans la Figure 3.7 pour chacune des 5 séries de lancement du vieillissement. En se basant sur les données Simcal [DEL13], le 1er contrôle a été réalisé après 34 jours de vieillissement calendaire et n’a montré une perte de capacité que de 4 %. Un 2ème contrôle après 50 ± 5 jours de vieillissement a permis de déterminer le 1er objectif de perte de capacité initiale à 10 % ± 3 %. Les contrôles suivants ont été réalisés après 100 ± 15 jours de vieillissement. Pour les cellules LifeBatt, le 2ème objectif de perte de capacité fixé à 30 % 3 % a été atteint à partir de 170 jours en moyenne. La perte de capacité des cellules ayant subi un seul contrôle autour de 280 jours environ est également de 30 % ± 3 % de perte de capacité, ce qui indique que la cinétique de vieillissement après 170 jours en moyenne est moins rapide. La Figure 3.7 montre que le vieillissement des cellules LifeBatt ne subit pas de changement de pente, contrairement à celui des cellules A123s. Une dispersion moins importante des points est également observée. La cinétique de vieillissement des cellules LifeBatt est plus rapide que celle des cellules A123s contrairement aux observations du projet Simcal. Cependant, comme mentionné précédemment, les cellules LifeBatt utilisées dans le cadre de notre étude ont subi au préalable une perte de capacité durant leur stockage. Cette perte a été estimée à 4 % en moyenne par rapport à la capacité mesurée lors de l’achat de ces cellules.

Vieillissement des cellules PurePower

Dans notre étude, les cellules PurePower à vieillir ont été divisées en 2 groupes ; le 1er était destiné à atteindre 10 % de perte de capacité et le 2ème 30 % de perte de capacité (cf. Tableau 3.4). Contrairement aux 2 technologies précédentes, les cellules PurePower ont présenté des comportements très différents dans des conditions de vieillissement calendaire identiques. En effet, après 20 jours de vieillissement, un gonflement de la quasi-totalité des cellules du 1er groupe a été observé, ce gonflement étant plus ou moins important d’une cellule à l’autre. A titre d’exemple, la Figure 3.8 montre un gonflement plus important pour la cellule BAT1095 que pour la cellule BAT1096. Le gonflement s’explique par l’augmentation de la pression au sein de la cellule en raison des réactions de dégradation qui se produisent dans ces conditions. Ceci montre que la cinétique de vieillissement des cellules PurePower est très importante dans les conditions calendaires appliquées. Figure 3.8. État des cellules PurePower après 10 % de vieillissement calendaire à 60°C et un SOC de 100% Le vieillissement a été aussitôt arrêté et un contrôle de la capacité de l’ensemble des cellules a été réalisé. Les données issues de ces contrôles sont présentées dans la Figure 3.9 et montrent une dispersion très importante de perte de capacité (entre 50 % et 75 %). Etant donné que le vieillissement de l’ensemble de ces cellules a été lancé le même jour et dans les mêmes conditions opératoires, une – 106 – variabilité dans la qualité de fabrication des cellules pourrait expliquer la dispersion des résultats obtenus.Face au comportement de ce 1er groupe de cellules PurePower, les conditions opératoires ont été modifiées. Pour le 2ème groupe, un vieillissement calendaire à 45°C et 100 % de SOC a été appliqué. De plus, une pression de 20 kg a été appliquée sur l’ensemble des cellules afin d’éviter le gonflement observé pour les cellules du 1er groupe. Malgré ces conditions moins intensives que les précédentes, le contrôle périodique de capacité a montré un vieillissement important après seulement 10 jours. Comme le montre la Figure 3.10, la perte de capacité initiale des cellules du 2ème groupe varie entre 9 et 20 %. La dispersion des données est moins importante que pour le 1er groupe mais elle reste néanmoins notable. Les 2 niveaux de vieillissement fixés dans le cadre de nos travaux ont été atteints de manière très satisfaisante pour les 2 technologies A123s et LifeBatt de chimie LFP/C. Les cellules PurePower – 107 – de chimie NMC/C ont révélé un comportement inattendu rendant difficile la caractérisation des 2 niveaux de vieillissement souhaités pour cette technologie. A ce stade, nous ne pouvons pas faire de lien direct entre la chimie des cellules et les résultats du vieillissement obtenus dans notre étude, d’autant plus que le design et le packaging des cellules sont différents : les cellules A123s et LifeBatt ont une forme cylindrique rigide tandis que la technologie PurePower est sous forme de sachet souple. Cependant, l’hypothèse de la qualité inférieure de fabrication des cellules PurePower est fortement envisagée

Les essais abusifs dans le BTC

 Comme il a été expliqué dans le chapitre 2, les essais thermiques abusifs ont été réalisés dans le BTC dans des conditions adiabatiques pour calibrer le sous-modèle chimique de l’emballement thermique. La première partie de cette section présente une analyse qualitative basée sur les observations et mesures réalisées avant et après les essais effectués sur les 3 technologies de cellule testées. L’analyse des résultats expérimentaux permettant d’identifier les paramètres du profil de stabilité thermique des cellules est ensuite exposée. Enfin, la dernière partie de cette section est consacrée à la comparaison des résultats d’essais avec des cellules neuves et des cellules vieillies afin d’étudier l’influence du vieillissement calendaire sur le comportement thermique des 3 technologies de cellule dans des conditions abusives. 

Caractéristiques des cellules neuves avant et après essai

 Les opérations suivantes ont été réalisées avant et après chaque essai : clichés photographiques, mesures de la masse, des dimensions et de la tension aux bornes des cellules. Plusieurs essais visant à obtenir des données sur 3 cellules de chaque technologie ont été effectués dans le BTC. Les résultats sont présentés dans le Tableau 3.5. Après chaque essai, la tension relevée aux bornes des cellules était de 0 V (cf. Tableau 3.5). Une perte massique plus ou moins importante selon la technologie étudiée a été observée sur toutes les cellules testées. Cette perte massique provient majoritairement de la fuite d’électrolyte sous forme liquide et gazeuse suite à l’ouverture des cellules lors des différents essais. Les clichés photographiques de l’intérieur du BTC après essai en témoignent (cf. Figure 3.11, Figure 3.12 et Figure 3.13). La perte de masse la plus importante a été observée pour les cellules PurePower ; à titre d’exemple, la perte de masse par rapport à la masse initiale pour la cellule BAT002 est de 28 % (cf. Tableau 3.5). L’état de la cellule après essai, illustré dans la Figure 3.13, montre clairement des ouvertures très importantes du packaging, particulièrement au niveau des soudures thermiques des deux côtés latéraux (image 5) et sur le côté supérieur (du côté des bornes, image 6), par lesquelles l’électrolyte a pu s’échapper. Ces ouvertures témoignent de la mauvaise qualité des soudures sur ces côtés. Le côté inférieur de la cellule, quant à lui, n’a pas subi de dommage (image 7). Les cellules PurePower ont provoqué plusieurs dommages au sein du BTC en raison de la condensation des gaz échappés des cellules lors des essais. Le démontage, nettoyage, séchage et remontage du BTC s’est avéré nécessaire à plusieurs reprises. La laine de verre utilisée pour l’isolation du compartiment du BTC a également été remplacée car elle était imbibée de ce condensat. Pour la cellule LifeBatt (BAT317), la perte de masse mesurée est de 13 %. La cellule a gardé son intégrité mécanique, comme l’illustre la Figure 3.12 (image1/image4). Cependant, lors du démontage, les bornes positives et négatives des cellules LifeBatt se sont systématiquement détachées et une fuite d’électrolyte a été systématiquement observée du côté de la borne positive où se trouve l’évent (cf. Figure 3.12, image2/image3). La cellule A123s (BAT717) a perdu quant à elle 14 % de sa masse initiale. Elle a également conservé son intégrité mécanique mais le connecteur du côté de l’électrode positive s’est systématiquement décollé de la borne lors des essais. Ces observations montrent que le design cylindrique rigide des cellules LifeBatt et A123s est plus résistant que le design en sachet souple des cellules PurePower. La présence d’un évent dans le cas des cellules cylindriques permet aux gaz de s’échapper, ce qui abaisse la pression au sein de la cellule et évite leur gonflement, contrairement aux cellules PurePower qui ne disposent pas d’évent.