Introduction aux batteries lithium ion à l’IUT de Béthune

13/02/2026 fiber_manual_record 1 minutes de lecture fiber_manual_record Écrit par Jeanne LANNOY

Former des techniciens sur la chimie de la batterie lithium-ion & son fonctionnement. La formation s’inscrit dans le cadre de l’AMI Electromob’ en lien avec les enjeux sociétaux actuels, i.e. la transition énergétique et les technologies bas
carbone. Elle bénéficie de la proximité géographique des gigafactories de production de batteries pour véhicules électriques (ACC, Verkor, AESC Envision, ProLogium) et des unités de recyclage (Suez, Eramet, Battri) qui commencent à s’implanter dans la région Hauts-de-France.

Combiner théorie et pratique

Ce module a pour ambition de doter les étudiants des compétences essentielles pour comprendre et relever les défis associés aux batteries lithium-ion. Il leur offre également une expérience pratique à travers l’utilisation d’équipements de pointe, comparables à ceux employés dans l’industrie.

Pensé pour former les techniciens et ingénieurs de demain, ce programme permet de se familiariser avec les technologies émergentes du stockage de l’énergie. Les étudiants apprennent à concevoir, analyser et optimiser des batteries toujours plus performantes et durables. En parallèle, ils développent une compréhension approfondie des enjeux liés à la transition énergétique ainsi que des impacts environnementaux des solutions de stockage.

Descriptif des appareils utilisés dans les TP

Des smartphones aux véhicules électriques, les batteries lithium-ion font désormais partie de notre quotidien. Leur performance, leur longévité et leur sécurité reposent sur des choix de conception précis et sur une compréhension fine de leur fonctionnement.

Ce module propose d’explorer concrètement les bases scientifiques qui se cachent derrière ces technologies. Les étudiants découvrent notamment le rôle clé de la chimie des matériaux d’électrodes et les paramètres qui influencent la durée de vie et les performances des batteries.

L’approche se veut résolument pratique : des techniques de caractérisation avancées sont présentées et mises en œuvre en laboratoire. Les participants manipulent ainsi des instruments utilisés en recherche et dans l’industrie, afin de relier directement la théorie aux applications réelles.

Analyseur de Physisorption TRISTAR (Micromeritics)

Cet appareil permet de mesurer la surface spécifique et la porosité des matériaux par adsorption de gaz, notamment l’azote. Il est utilisé ici pour caractériser les matériaux poreux des électrodes (oxydes de cobalt, graphite) ainsi que le séparateur polymère des batteries lithium-ion.

Ces caractéristiques sont déterminantes pour les performances : elles conditionnent le transport des ions, les réactions aux interfaces et la capacité de stockage du lithium, avec un impact direct sur la durée de vie et l’efficacité énergétique.

En binôme, les étudiants analysent trois types de structures poreuses. À partir des isothermes mesurées (ou fournies par le groupe précédent), ils déterminent les paramètres clés — surface spécifique (BET), volume poreux, distribution des tailles de pores (BJH), volume microporeux (t-plot) — puis comparent leurs résultats à ceux du logiciel d’analyse.

Pycnomètre à Gaz Accupyc (Micromeritics)

Le pycnomètre permet de déterminer la densité réelle des solides grâce à un déplacement de gaz, généralement l’hélium.

Dans le domaine des batteries, cette mesure est un indicateur clé de la pureté et de la qualité des matériaux d’électrode. La présence de contaminants, même en faible quantité, peut en effet perturber le comportement électrochimique, générer des défauts internes et nuire à la sécurité comme à la durabilité de la batterie.

La mesure de densité s’inscrit ainsi pleinement dans une démarche de contrôle qualité et contribue à optimiser les performances et la durée de vie des systèmes de stockage, tout en respectant les exigences de sécurité.

La pycnométrie à déplacement de gaz (He)

Dans ce TP, les étudiants découvrent la pycnométrie à l’hélium en mesurant la densité de différents matériaux d’électrode.

Ils évaluent l’impact de plusieurs paramètres expérimentaux sur la précision des résultats : traces d’humidité, taux de remplissage de la cellule, nombre de cycles, pression appliquée ou encore granulométrie des échantillons.

La comparaison des mesures obtenues dans différentes conditions leur permet d’identifier les sources d’erreur et de définir les bonnes pratiques à adopter pour garantir des résultats fiables et exploitables.

Potentiostat ORIGALYS

Le potentiostat est l’outil de référence pour explorer les courbes courant-potentiel, au cœur de l’électrochimie.

En mode potentiostatique, il impose un potentiel précis à l’électrode de travail afin d’analyser les transferts d’électrons à l’interface avec l’électrolyte. Cette régulation fine repose sur un montage à trois électrodes (travail, référence et auxiliaire), garantissant des mesures fiables et reproductibles.

En mode galvanostatique, le principe s’inverse : le courant est maintenu constant et l’on observe l’évolution du potentiel de la cellule. Ces deux approches complémentaires permettent de caractériser en détail le comportement électrochimique des matériaux.

Dans ce TP, le potentiostat est utilisé pour étudier la corrosion des collecteurs de courant en cuivre, un enjeu clé pour la sécurité et la durée de vie des batteries lithium-ion. En cas de décharge profonde, le potentiel peut dépasser 3 V/Li, rendant le cuivre instable et sensible à la corrosion, phénomène accentué par la présence d’espèces comme le HF issu de l’électrolyte.

Les étudiants analysent le comportement électrochimique du cuivre et le comparent à d’autres métaux (fer, aluminium, acier). À partir des courbes de polarisation et des droites de Tafel, ils déterminent notamment le potentiel de corrosion (Ecorr) et le courant de corrosion (icorr), afin d’évaluer l’influence du milieu et des conditions expérimentales sur les mécanismes de corrosion et de passivation.

Cycleur BCS915 (Biologic)

Cet appareil est essentiel pour analyser les cycles de charge et de décharge des accumulateurs et évaluer leur capacité, leur rendement et leur stabilité dans le temps.

Dans ce TP, les étudiants réalisent des essais de cyclage sur des batteries cylindriques NiMH et lithium-ion. En faisant varier le régime de courant (C-rate), ils comparent leurs performances : les batteries lithium-ion conservent une capacité stable même à des régimes élevés (C/2), tandis que les NiMH montrent une chute marquée de capacité à fort courant, qui s’accentue avec le nombre de cycles.

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