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WO2009101047A1 - Systeme hybride de stockage d'energie electrique a electrodes bipolaires - Google Patents

Systeme hybride de stockage d'energie electrique a electrodes bipolaires Download PDF

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WO2009101047A1
WO2009101047A1 PCT/EP2009/051439 EP2009051439W WO2009101047A1 WO 2009101047 A1 WO2009101047 A1 WO 2009101047A1 EP 2009051439 W EP2009051439 W EP 2009051439W WO 2009101047 A1 WO2009101047 A1 WO 2009101047A1
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WO
WIPO (PCT)
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storage system
energy storage
supercapacitor
electrical energy
electrochemical
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2009/051439
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English (en)
Inventor
Florence Fusalba
Sébastien MARTINET
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a hybrid electrical energy storage system with bipolar electrodes. This energy storage system finds application in cases where power density and energy density are required.
  • electrochemical accumulators consist of an electrochemical couple composed of two electrodes separated by an electrolyte. At the interfaces of these electrodes are involved oxidation or reduction reactions which yield or absorb electrons. The ions thus generated circulate in the electrolyte.
  • lithium batteries have grown considerably.
  • the first lithium batteries had lithium metal at their negative electrodes, which provided high voltage and excellent mass and volume energy densities.
  • research has revealed that repeated recharging of this type of accumulator is inevitably accompanied by the formation of lithium dendrites, most often damaging the separator including the electrolyte.
  • research has been redirected to a non-metallic lithium battery where lithium is inserted into the negative electrode.
  • the negative electrode is generally based on carbonaceous material, such as graphite or graphitizable or non-graphitizable carbon, and is supported by a copper strip 15 to 18 ⁇ m thick.
  • the positive electrode is generally based on lithiated transition metal oxide LiM ⁇ 2 type, where M denotes the Co, Ni, Mn and other transition metals and is generally supported by an aluminum foil, typically, the order of 20 microns thick. It can also be an activated carbon electrode with a high specific surface area.
  • the electrochemical reactions are: - on the negative electrode:
  • the separator In the process of discharge, it is the reverse reactions that occur.
  • the separator consists generally of a microporous film of polyethylene or polypropylene or a combination of both, impregnated with the electrolyte.
  • the electrode / separator assembly is, in turn, impregnated with an electrolyte, consisting of a solvent, generally of the family of carbonates, and a lithium salt.
  • the separator is at least partly a gelled or dry polymer electrolyte.
  • US Pat. No. 5,595,839 discloses a stack architecture consisting of a stack of electrochemical cells, the junction between adjacent cells being provided by a unitary bipolar structure comprising respectively a positive electrode and a negative electrode arranged on either side of the cell.
  • two contiguous substrates forming an assembly, the substrate of the negative electrode side consisting of a carbon material being a copper substrate and the substrate of the positive electrode side consisting of LiM ⁇ 2 being an aluminum substrate.
  • the positive terminal of the accumulator consists of a LiM ⁇ 2 based electrode on aluminum strip and the negative terminal. consists of a carbon-based electrode on copper strip.
  • the positive and negative terminals are electrically isolated from the unitary bipolar structure by microporous separators impregnated with liquid electrolyte.
  • the insulation between the cells separated by the bipolar structure is ensured by means of a polytetrafluoroethylene-based seal
  • An electrochemical lithium battery comprising at least one bipolar electrode is described in document FR-A-2,832,859.
  • This bipolar electrode consists of a conductive substrate supporting a negative active layer on one side and an active layer on the opposite side. positive.
  • the bipolar electrode therefore comprises a negative electrode of a first electrochemical cell of the accumulator, electrically connected to a positive electrode of a second electrochemical cell of the accumulator.
  • Another energy storage device is constituted by a supercapacitor. Unlike conventional capacitors, the supercapacitor does not include a dielectric film, but an ionic conductive electrolyte in which the movement of ions takes place along a conductive electrode with a very large specific surface area.
  • Supercapacitors are used as a source of energy in high power applications, such as, for example, starting engines, boosting the power of hybrid vehicle engines. They are capable of delivering very large specific powers over short periods of time.
  • Supercapacitors are often associated with electrochemical accumulators to constitute electrical energy storage systems. Such storage systems can provide a higher density of electrical energy, but are also more bulky. It is also necessary to provide electrical connections between the supercapacitor and the electrochemical accumulator of the storage system and the management monitoring associated with these connection / disconnection actions.
  • the present invention provides a bipolar hybrid electric energy storage system comprising at least one electrochemical accumulator and a supercapacitor, in compact form and allowing easy electrical connections.
  • the invention relates to an electrical energy storage system comprising at least one electrochemical accumulator and at least one supercapacitor, characterized in that the storage system forms a single unit by the presence of a bipolar electrode common to the electrochemical accumulator and supercapacitor, the common bipolar electrode comprising an electrically conductive support supporting on one of its faces an electrode of the electrochemical accumulator and on another side an electrode of the supercapacitor, the electrical energy storage system being provided electrical connections to the electrochemical accumulator and the supercapacitor, the common bipolar electrode providing a common electrical connection to the electrochemical accumulator and the supercapacitor, the electrochemical accumulator comprising at least one other bipolar electrode.
  • the conductive support of the common bipolar electrode is aluminum or aluminum-based alloy.
  • the supercapacitor may comprise at least one other bipolar electrode. These other bipolar electrodes may include a conductive support of aluminum or aluminum alloy.
  • the electrochemical accumulator comprises at least one electrochemical cell comprising an electro-active anode and cathode separated by a porous separator containing an electrolyte which may be an ionic liquid.
  • the electroactive anode of the electrochemical cell comprises Li 4 Ti 5 O 12 and / or graphite.
  • the electro-active cathode of the electrochemical cell comprises LiFePO 4 and / or LiCoO 2 and / or LiNi O , sMni, 5 O 4 .
  • the supercapacitor comprises at least one cell comprising an electro-active anode and cathode separated by an electrolyte which may be an ionic liquid.
  • the electro-active anode of the supercapacitor cell comprises Li 4 Ti 5 O 12 .
  • the electro-active cathode of the superconductor cell comprises activated carbon.
  • the reference 10 designates the electrochemical accumulator portion, which is composed, for example, of two cells 11 and 12 connected in series.
  • Reference 20 designates the superconducting part, which is composed, for example, of four cells 21, 22, 23 and 24 connected in series. Parts 10 and 20 are bound or juxtaposed by the presence of a common bipolar electrode 1.
  • the common bipolar electrode 1 comprises an electrically conductive support 2, for example made of aluminum, physically separating the parts 10 and 20.
  • the support 2 supports, on the electrochemical accumulator side 10, an anode 3 made of graphite and a supercapacitor side 20, a cathode 4 activated carbon.
  • the electrochemical accumulator 10 comprises another bipolar electrode 13 common to the two cells 11 and 12.
  • the bipolar electrode 13 comprises an electrically conductive support 14, for example made of aluminum, supporting, on the cell side 11, a cathode 5, for example of LiCo ⁇ 2 or in LiFePO 4 .
  • the electrochemical cell 12 comprises an anode 15 supported by the electrically conductive support 17, for example made of aluminum.
  • the anode 15 may be made of graphite and the cathode 16 may be LiCoO 2 or LiFePO 4 .
  • the supercapacitor 20 comprises three other bipolar electrodes 25, 26 and 27 common respectively to the cells 21 and 22, 22 and 23, 23 and 24.
  • the bipolar electrode 25 comprises an electrically conductive support 31, for example aluminum, supporting, cell side 21, an anode 7, for example Li 4 Ti 5 Oi 2, and supporting, on the cell side 22, a cathode 8 for example activated carbon.
  • the cells 22, 23 and 24 of the supercapacitor may be identical to the cell 21, the last support 32 being unipolar.
  • the activated carbon of the cathodes can be replaced by large area carbon (GIC), the cathodes can be composed of natural and / or artificial graphite and / or high crystallinity carbon. is treated before being used to constitute the electrode.
  • GIC large area carbon
  • Unit bipolar structures containing positive and negative electrodes of consecutive elements include insulating pieces electrical, preferably plastic insulation joints joined in sealed stack.
  • the bipolar hybrid electric energy storage system includes supercapacitors whose positive and negative electrodes are organo-redox compounds and asymmetric supercapacitors using high capacity pseudo-capacitive electrodes such as RuO 2 or nickel oxides.
  • the supporting electrolyte may be common to the electrochemical accumulator and the supercapacitor. For example, it may be an aqueous or organic solvent, for example of the acetonitrile type, combined with an ionic salt of LiBF 4 type.
  • the organic phase may optionally be a gelled polymer electrolyte or an ionic liquid. These ionic liquids may be hydrophilic or hydrophobic. They allow a good transport of the loads and a greater thermal stability.
  • ionic liquids based on hydrophobic anions such as trifluoromethanesulphonate (CF 3 SO 3), bis (trifluoromethanesulphonate) imide [(CF 3 SO 2) 2 N " ] and tris (trifluoromethanesulphonate) methide [(CF 3 SO 2) 3 C " ],
  • the electrochemical accumulator 10 provides electrical connections C1 (support 17) and C2 (support 2).
  • the supercapacitor offers electrical connections C2 (support 2) and C3 (support 32).
  • the connections Cl and C3 allow the charging of the complete hybrid system. In this configuration, assuming thicker electrodes for the accumulator, the charge of the accumulator will be limited (partial load) by the capacity of the supercapacitor (full charge) so that it is not overloaded.
  • the connections C1 and C2 allow a discharge in accumulator mode to supply electrical energy.
  • the C2 and C3 connections allow a supercapacitor discharge to provide electrical power.
  • An electronic monitoring / management system provides energy management for different discharge speeds and appropriate charge management, associated with connection / disconnection actions of the electrochemical accumulator and the supercapacitor. This electronic monitoring / management system ensures connection / disconnection in series - parallel modes of the cells of the electrochemical accumulator and the supercapacitor.
  • the bipolar hybrid energy storage system according to the invention is particularly suitable for products requiring compact integration architectures (nomadic, embedded systems, autonomous systems) where both energy and power densities are required. .
  • the bipolar hybrid energy storage system according to the invention has the following advantages:

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Abstract

L'invention concerne un système hybride bipolaire de stockage d'énergie électrique comprenant au moins un accumulateur électrochimique (10) et au moins un supercondensateur (20). Le système de stockage forme un seul ensemble par la présence d'une électrode bipolaire commune (1) à l'accumulateur électrochimique et au supercondensateur, l'électrode bipolaire commune comprenant un support électriquement conducteur supportant sur l'une de ses faces une électrode de l'accumulateur électrochimique et sur une autre face une électrode du supercondensateur. Le système de stockage d'énergie électrique est pourvu de connexions électriques à l'accumulateur électrochimique (C1) et au supercondensateur (C3), l'électrode bipolaire commune fournissant une connexion électrique commune (C2) à l'accumulateur électrochimique et au supercondensateur.

Description

SYSTEME HYBRIDE DE STOCKAGE D'ENERGIE ELECTRIQUE A ELECTRODES BIPOLAIRES
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L' invention se rapporte à un système hybride de stockage d'énergie électrique à électrodes bipolaires. Ce système de stockage de l'énergie trouve une application dans les cas où une densité de puissance et une densité d'énergie sont nécessaires.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Parmi les dispositifs de stockage de l'énergie, on connaît les accumulateurs électrochimiques. Ceux-ci sont constitués d'un couple électrochimique composé de deux électrodes séparées par un électrolyte. Aux interfaces de ces électrodes interviennent des réactions d' oxydation ou de réduction qui cèdent ou absorbent des électrons. Les ions ainsi générés circulent dans l' électrolyte . Parmi ces accumulateurs, les accumulateurs au lithium ont connu un développement considérable.
Les premiers accumulateurs au lithium comportaient du métal lithium au niveau de leurs électrodes négatives, ce qui fournissait une tension élevée et d'excellentes densités d'énergie massique et volumique. Toutefois, les recherches ont révélé que les recharges répétées de ce type d' accumulateur s'accompagnaient inéluctablement de la formation de dendrites de lithium venant, le plus souvent, détériorer le séparateur incluant l' électrolyte . Afin de contourner les problèmes d'instabilité, de sécurité et de durée de vie inhérents au lithium métal, les recherches ont été réorientées vers un accumulateur au lithium non métallique où le lithium s'insère dans l'électrode négative.
Pour ce type d'accumulateurs, on distingue, selon la constitution de l' électrolyte, l'accumulateur lithium-ion à électrolyte liquide et l'accumulateur lithium-ion à électrolyte solide ou gélifié du type polymère.
Selon ces deux variantes, l'électrode négative est généralement à base de matériau carboné, tel que du graphite, du carbone graphitisable ou non et est supportée par un feuillard de cuivre de 15 à 18 μm d'épaisseur.
L'électrode positive est généralement à base d'oxyde de métal de transition lithié de type LiMθ2, où M désigne le Co, Ni, Mn et autres métaux de transition et est supportée généralement par un feuillard d'aluminium, typiquement, de l'ordre de 20 μm d'épaisseur. Elle peut être aussi une électrode à base de carbone activé à haute surface spécifique.
En processus de charge, les réactions électrochimiques sont : - sur l'électrode négative :
C + xLi+ + xe" —> LixC - sur l'électrode positive : soit : LiMO2 —>Lii_xMO2 + xLi+ + xe" les ions lithium circulant à travers un séparateur comportant l' électrolyte ;
soit : X~ —> X + e~ si l' électrolyte contient un sel de type Li+X" et où X sera alors adsorbé sur le carbone, dans le cas d'une électrode positive en carbone activé.
En processus de décharge, ce sont les réactions inverses qui se produisent. Concernant la technologie impliquant un électrolyte liquide, le séparateur est constitué, généralement d'un film microporeux en polyéthylène ou en polypropylène ou une association des deux, imprégné de l' électrolyte . L'ensemble électrodes/séparateur est, quant à lui, imprégné par un électrolyte, constitué d'un solvant, généralement de la famille des carbonates, et d'un sel de lithium.
Dans la technologie impliquant un électrolyte solide, le séparateur est constitué, au moins en partie d'un électrolyte polymère gélifié ou sec .
Le brevet américain US 5 595 839 divulgue une architecture de pile constituée d'un empilement de cellules électrochimiques, la jonction entre cellules adjacentes étant assurée par une structure bipolaire unitaire comprenant respectivement une électrode positive et une électrode négative disposées de part et d'autre de deux substrats accolés formant un ensemble, le substrat du côté électrode négative constituée d'un matériau carboné étant un substrat en cuivre et le substrat du côté électrode positive constituée de LiMθ2 étant un substrat en aluminium. Dans le cas d'un empilement de deux cellules, la borne positive de l'accumulateur est constituée d'une électrode à base de LiMθ2 sur feuillard d'aluminium et la borne négative est constituée d'une électrode à base de carbone sur feuillard de cuivre. Les bornes positives et négatives sont isolées électriquement de la structure bipolaire unitaire par des séparateurs microporeux imprégnés d' électrolyte liquide. L'isolation entre les cellules séparées par la structure bipolaire est assurée au moyen d'un joint à base de polytétrafluoroéthylène
(PTFE) .
Un accumulateur électrochimique en lithium comprenant au moins une électrode bipolaire est décrit dans le document FR-A-2 832 859. Cette électrode bipolaire est constituée d'un substrat conducteur supportant sur une face une couche active négative et sur la face opposée une couche active positive. L'électrode bipolaire comprend donc une électrode négative d'une première cellule électrochimique de l'accumulateur, électriquement reliée à une électrode positive d'une deuxième cellule électrochimique de 1' accumulateur . Un autre dispositif de stockage de l'énergie est constitué par un supercondensateur. Contrairement aux condensateurs classiques, le supercondensateur ne comprend pas de film diélectrique, mais un électrolyte conducteur ionique dans lequel le déplacement des ions s'effectue le long d'une électrode conductrice à très grande surface spécifique. Les supercondensateurs sont utilisés comme source d'énergie dans les applications de forte puissance telles que notamment le démarrage de moteurs, l'appoint de puissance des moteurs de véhicules hybrides. Ils sont capables de délivrer des puissances spécifiques très importantes sur de courtes durées.
Les supercondensateurs sont souvent associés à des accumulateurs électrochimiques pour constituer des systèmes de stockage d'énergie électrique. De tels systèmes de stockage permettent de fournir une densité plus importante d'énergie électrique, mais sont aussi plus encombrants. Il est aussi nécessaire d'assurer des connexions électriques entre le supercondensateur et l'accumulateur électrochimique du système de stockage ainsi que le suivi de gestion associé à ces actions de connexion/déconnexion .
EXPOSÉ DE L'INVENTION
La présente invention propose un système hybride bipolaire de stockage d'énergie électrique comprenant au moins un accumulateur électrochimique et un supercondensateur, sous forme compacte et permettant des connexions électriques aisées.
L'invention a pour objet un système de stockage d'énergie électrique comprenant au moins un accumulateur électrochimique et au moins un supercondensateur, caractérisé en ce que le système de stockage forme un seul ensemble par la présence d'une électrode bipolaire commune à l'accumulateur électrochimique et au supercondensateur, l'électrode bipolaire commune comprenant un support électriquement conducteur supportant sur l'une de ses faces une électrode de l'accumulateur électrochimique et sur une autre face une électrode du supercondensateur, le système de stockage d'énergie électrique étant pourvu de connexions électriques à l'accumulateur électrochimique et au supercondensateur, l'électrode bipolaire commune fournissant une connexion électrique commune à l'accumulateur électrochimique et au supercondensateur, l'accumulateur électrochimique comprenant au moins une autre électrode bipolaire.
Avantageusement, le support conducteur de l'électrode bipolaire commune est en aluminium ou en alliage à base d'aluminium. Le supercondensateur peut comprendre au moins une autre électrode bipolaire. Ces autres électrodes bipolaires peuvent comprendre un support conducteur en aluminium ou en alliage à base d' aluminium. Selon un mode de réalisation, l'accumulateur électrochimique comprend au moins une cellule électrochimique comprenant une anode et une cathode électro-actives séparées par un séparateur poreux contenant un électrolyte qui peut être un liquide ionique. A titre d'exemple, l'anode électro- active de la cellule électrochimique comprend du Li4Ti5Oi2 et/ou du graphite. Toujours à titre d'exemple, la cathode électro-active de la cellule électrochimique comprend du LiFePO4 et/ou du LiCoθ2 et/ou LiNi0, sMni, 5O4. Selon un autre mode de réalisation, le supercondensateur comprend au moins une cellule comprenant une anode et une cathode électro-actives séparées par un électrolyte qui peut être un liquide ionique. A titre d'exemple, l'anode électro-active de la cellule du supercondensateur comprend du Li4Ti5Oi2. Toujours à titre d'exemple, la cathode électro-active de la cellule du superconducteur comprend du carbone activé .
BRÈVE DESCRIPTION DU DESSIN L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagné du dessin annexé qui représente schématiquement un système hybride bipolaire de stockage d'énergie électrique selon la présente invention.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'UN MODE DE MISE EN ŒUVRE DE L' INVENTION La figure annexée représente schématiquement un système de stockage d'énergie électrique selon la présente invention.
La référence 10 désigne la partie accumulateur électrochimique, lequel est composé, à titre d'exemple, de deux cellules 11 et 12 montées en série. La référence 20 désigne la partie superconducteur, lequel est composé, à titre d'exemple, de quatre cellules 21, 22, 23 et 24 montées en série. Les parties 10 et 20 sont liées ou juxtaposées par la présence d'une électrode bipolaire commune 1.
L'électrode bipolaire commune 1 comprend un support électriquement conducteur 2, par exemple en aluminium, séparant physiquement les parties 10 et 20. Le support 2 supporte, côté accumulateur électrochimique 10, une anode 3 en graphite et côté supercondensateur 20, une cathode 4 en carbone activé. L'accumulateur électrochimique 10 comprend une autre électrode bipolaire 13 commune aux deux cellules 11 et 12. L'électrode bipolaire 13 comprend un support électriquement conducteur 14, par exemple en aluminium, supportant, côté cellule 11, une cathode 5 par exemple en LiCoθ2 ou en LiFePO4. La cellule électrochimique 12 comprend une anode 15 supportée par le support électriquement conducteur 17, par exemple en aluminium. L'anode 15 peut être en graphite et la cathode 16 peut être en LiCoθ2 ou en LiFePO4.
Le supercondensateur 20 comprend trois autres électrodes bipolaires 25, 26 et 27 communes respectivement aux cellules 21 et 22, 22 et 23, 23 et 24. L'électrode bipolaire 25 comprend un support électriquement conducteur 31, par exemple en aluminium, supportant, côté cellule 21, une anode 7, par exemple en Li4Ti5Oi2, et supportant, côté cellule 22, une cathode 8 par exemple en carbone activé. Les cellules 22, 23 et 24 du supercondensateur peuvent être identiques à la cellule 21, le dernier support 32 étant unipolaire. Le carbone activé des cathodes peut être remplacé par du carbone de grande surface ou GIC (pour « Graphite Intercalation Compound ». Les cathodes peuvent être composées de graphite naturel et/ou artificiel et/ou de carbone à haute cristallinité . De préférence, le carbone est traité avant d'être utilisé pour constituer l'électrode.
Les structures bipolaires unitaires renfermant les électrodes positives et négatives d'éléments consécutifs incluent des pièces d'isolation électrique, de préférence des joints d'isolation plastiques réunis en empilement étanche.
Le système hybride bipolaire de stockage d'énergie électrique selon l'invention inclut des supercondensateurs dont les électrodes positives et négatives sont des composés organo-redox et des supercondensateurs asymétriques utilisant des électrodes pseudo-capacitives de fortes capacités comme le Ruθ2 ou les oxydes de nickel. L' électrolyte support peut être commun à l'accumulateur électrochimique et au supercondensateur. Par exemple, ce peut être un solvant aqueux ou organique par exemple de type acétonitrile associé à un sel ionique de type LiBF4. La phase organique peut éventuellement être un électrolyte polymère gélifié ou un liquide ionique. Ces liquides ioniques peuvent être hydrophiles ou hydrophobes. Ils permettent un bon transport des charges et une plus grande stabilité thermique. A titre d'exemple, on peut citer : - liquides ioniques basés sur des anions hydrophobes comme le trifluorométhanesulfonate (CF3SO3) , bis- (trifluorométhanesulfonate) imide [ (CF3SO2) 2N"] et tris- (trifluorométhanesulfonate) méthide [ (CF3SO2) 3C"] ,
- ZnCl2/ [EMIm]Cl, [EMIm]BF4, [BMIm] BF4, [BMIm]PF6, [BMP]Tf2N, [BMIm]Tf2N et chlorure de choline-
MCl,
- liquide ionique [bm/m]+I~.
Sur la figure annexée sont indiquées les tensions disponibles, à titre d'exemple, aux bornes de chaque cellule d'accumulateur électrochimique et de supercondensateur. En série, ces tensions s'ajoutent pour donner de plus fortes tensions disponibles aux bornes de l'accumulateur électrochimique et du supercondensateur, comme indiquées sur la figure annexée à titre d'exemple. Ces tensions aux bornes de l'accumulateur électrochimique et du supercondensateur sont ajustables selon les besoins de l'application par le nombre de cellules assemblées en série et le type de matériaux d'électrodes utilisés. L'accumulateur électrochimique 10 offre des connexions électriques Cl (support 17) et C2 (support 2) . Le supercondensateur offre des connexions électriques C2 (support 2) et C3 (support 32) .
Les connexions Cl et C3 permettent la charge du système hybride complet. Dans cette configuration, en faisant l'hypothèse d'électrodes plus épaisses pour l'accumulateur, la charge de l'accumulateur sera limitée (charge partielle) par la capacité du supercondensateur (charge complète) afin que celui-ci ne soit pas surchargé. Les connexions Cl et C2 permettent une décharge en mode accumulateur pour fournir de l'énergie électrique. Les connexions C2 et C3 permettent une décharge en mode supercondensateur pour fournir de la puissance électrique. Un système électronique de suivi/gestion permet d'assurer une gestion de l'énergie pour des vitesses de décharge différentes et une gestion de charges adaptées, associées à des actions de connexion/déconnexion de l'accumulateur électrochimique et du supercondensateur. Ce système électronique de suivi/gestion permet d'assurer des actions de connexion/déconnexion en modes série - parallèle des cellules de l'accumulateur électrochimique et du supercondensateur .
Le système hybride bipolaire de stockage d'énergie électrique selon l'invention est particulièrement adapté à des produits nécessitant des architectures d'intégration compactes (nomade, systèmes embarqués, systèmes autonomes) où sont requises à la fois des densités d'énergie et de puissance. Le système hybride bipolaire de stockage d'énergie électrique selon l'invention présente les avantages suivants :
- robustesse (pas de parties mobiles) ,
- bonne collection des charges (grâce à l'architecture des cellules),
- résistance interne diminuée (important notamment pour le supercondensateur) ,
- bonne dissipation de la chaleur, large domaine de la température d'utilisation (si on utilise des liquides ioniques), possibilité d' intégrer les mêmes matériaux d'électrodes associés aux mêmes électrolytes avec des préparations (mises en forme) différentes pour les électrodes d'accumulateur (sur-grammage) et les électrodes de supercondensateur (porosités, surfaces actives) ,
- construction simple et de bas coût,
- système hybride fournissant une haute densité d'énergie et une forte densité de puissance, - système compact, l'accumulateur et le supercondensateur étant intégrés en un seul élément, - si l'accumulateur ne fonctionne plus, le supercondensateur reste opérationnel, et inversement, grâce à la possibilité de déconnexion.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de stockage d'énergie électrique comprenant au moins un accumulateur électrochimique (10) et au moins un supercondensateur (20), caractérisé en ce que le système de stockage forme un seul ensemble par la présence d'une électrode bipolaire (1) commune à l'accumulateur électrochimique (10) et au supercondensateur (20), l'électrode bipolaire commune (1) comprenant un support électriquement conducteur (2) supportant sur l'une de ses faces une électrode (3) de l'accumulateur électrochimique et sur une autre face une électrode (4) du supercondensateur, le système de stockage d'énergie électrique étant pourvu de connexions électriques (Cl, C2, C3) à l'accumulateur électrochimique et au supercondensateur, l'électrode bipolaire commune (1) fournissant une connexion électrique commune (C2) à l'accumulateur électrochimique (10) et au supercondensateur (20), l'accumulateur électrochimique (10) comprenant au moins une autre électrode bipolaire (13).
2. Système de stockage d'énergie électrique selon la revendication 1, dans lequel le supercondensateur (20) comprend au moins une autre électrode bipolaire (25, 26, 27).
3. Système de stockage d'énergie électrique selon la revendication 1, dans lequel le support conducteur (2) de l'électrode bipolaire commune (1) est en aluminium ou en alliage à base d'aluminium.
4. Système de stockage d'énergie électrique selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel l'autre électrode bipolaire (13, 25, 26, 27) comprend un support conducteur en aluminium ou en alliage à base d' aluminium.
5. Système de stockage d'énergie électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'accumulateur électrochimique comprend au moins une cellule électrochimique comprenant une anode et une cathode électro-actives séparées par un séparateur poreux contenant un électrolyte.
6. Système de stockage d'énergie électrique selon la revendication 5, dans lequel l'anode électro- active de la cellule électrochimique comprend du Li4Ti5Oi2 et/ou du graphite.
7. Système de stockage d'énergie électrique selon l'une des revendications 5 ou 6, dans lequel la cathode électro-active de la cellule électrochimique comprend du LiFePO4 et/ou du LiCoθ2 et/ou LiNi0, sMni, 5O4.
8. Système de stockage d'énergie électrique selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel l' électrolyte est un liquide ionique.
9. Système de stockage d'énergie électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le supercondensateur comprend au moins une cellule comprenant une anode et une cathode électro- actives séparées par un électrolyte.
10. Système de stockage d'énergie électrique selon la revendication 9, dans lequel l'anode électro-active de la cellule du supercondensateur comprend du Li4Ti5Oi2.
11. Système de stockage d'énergie électrique selon l'une des revendications 9 ou 10, dans lequel la cathode électro-active de la cellule du superconducteur comprend du carbone activé.
12. Système de stockage d'énergie électrique selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, dans lequel l' électrolyte est un liquide ionique.
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