FR3096171A3 - A cell for a hybrid electric energy storage device, a method of obtaining such a cell, and a hybrid supercapacitor comprising at least one such cell. - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne une cellule (100), pour un dispositif hybride de stockage d’énergie électrique, ladite cellule (100) comprenant au moins deux éléments de stockage (1021,1022), un séparateur (1041) entre deux éléments de stockage adjacents (1021,1022) ;chaque élément de stockage (1021,1022) comprenant une électrode négative (1061,1062) séparée d’une électrode positive (1081,1082) par un séparateur (1101,1102), chaque électrode (1061,1062,1081,1082) comprenant un collecteur (1121,1122,1181,1182) ;caractérisée en ce que ladite cellule (100) est dopée en ions métalliques par au moins une couche de dopage (1241), la ou toutes les couche(s) de dopage (1241) disposée(s) au contact direct d’une seule et unique électrode négative (1061), dite électrode dopante, au sein de ladite cellule (100). Figure d’abrégé : Fig. 1The invention relates to a cell (100), for a hybrid electrical energy storage device, said cell (100) comprising at least two storage elements (1021,1022), a separator (1041) between two adjacent storage elements (1021,1022); each storage element (1021,1022) comprising a negative electrode (1061,1062) separated from a positive electrode (1081,1082) by a separator (1101,1102), each electrode (1061,1062 , 1081,1082) comprising a collector (1121,1122,1181,1182); characterized in that said cell (100) is doped with metal ions by at least one doping layer (1241), the or all the layer (s ) doping (1241) disposed in direct contact with a single negative electrode (1061), called a doping electrode, within said cell (100). Abstract figure: Fig. 1
Description
La présente invention concerne une cellule de stockage d’énergie électrique pour un dispositif hybride de stockage d’énergie électrique, tel qu’un supercondensateur hybride. Elle concerne également un procédé de d’obtention d’une telle cellule de stockage, et un supercondensateur hybride comprenant au moins une telle cellule.The present invention relates to an electrical energy storage cell for a hybrid electrical energy storage device, such as a hybrid supercapacitor. It also relates to a method for obtaining such a storage cell, and a hybrid supercapacitor comprising at least one such cell.
Le domaine de l’invention est le domaine des supercondensateurs hybrides, en particulier le domaine des supercondensateurs hybrides utilisant des ions métalliques, par exemple de Lithium.The field of the invention is the field of hybrid supercapacitors, in particular the field of hybrid supercapacitors using metal ions, for example lithium.
Etat de la techniqueState of the art
L’électrode négative, ou l’anode, d’un supercondensateur hybride est l’électrode d’où sortent les électrons.The negative electrode, or the anode, of a hybrid supercapacitor is the electrode from which the electrons come out.
L’électrode négative d’un supercondensateur hybride est généralement réalisée par un collecteur, par exemple en cuivre, agencé entre deux couches de matière active, généralement du graphite, et pré-dopée/imprégnée en ions métalliques. Par exemple, dans le cas d’un supercondensateur Lithium-Ion (« LIC » pour « Lithium-Ion Capacitor » en anglais), chaque électrode négative est pré-dopée en ions lithium. Il existe de nombreuses techniques pour le pré-dopage, en ions lithium, d’une électrode négative d’un LIC, parmi lesquelles les techniques suivantes.The negative electrode of a hybrid supercapacitor is generally made by a collector, for example in copper, arranged between two layers of active material, generally graphite, and pre-doped/impregnated with metal ions. For example, in the case of a Lithium-Ion supercapacitor (“LIC” for “Lithium-Ion Capacitor”), each negative electrode is pre-doped with lithium ions. There are many techniques for the pre-doping, with lithium ions, of a negative electrode of an LIC, among which the following techniques.
Suivant une première technique, dite par contact direct, une feuille de lithium métal est déposée sur les deux faces de chaque électrode négative. Cette technique de pré-dopage impose une épaisseur d’électrode trop grande, à cause de l’épaisseur minimale pouvant être obtenue par les techniques actuelles pour une feuille de lithium.According to a first technique, called by direct contact, a sheet of lithium metal is deposited on both sides of each negative electrode. This pre-doping technique imposes an electrode thickness that is too great, because of the minimum thickness that can be obtained by current techniques for a lithium sheet.
Une deuxième technique, dite par contact indirect, propose d’utiliser une feuille de lithium métal, commune à plusieurs électrodes négatives, et qui n’est pas en contact avec ces électrodes négatives. Les collecteurs des électrodes négatives et positives sont percés pour permettre à la feuille de lithium de doper chaque électrode négative. Cette technique présente l’inconvénient d’un temps lithiation très long et une épaisseur limitée en nombre d’électrodes dans un supercondensateur.A second technique, called indirect contact, proposes using a sheet of lithium metal, common to several negative electrodes, and which is not in contact with these negative electrodes. The collectors of the negative and positive electrodes are drilled to allow the lithium sheet to dope each negative electrode. This technique has the disadvantage of a very long lithiation time and a limited thickness in the number of electrodes in a supercapacitor.
Un but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients.An object of the present invention is to remedy these drawbacks.
Un autre but de l’invention est de proposer une solution présentant un meilleur compromis entre épaisseur de couche de dopage en ions métalliques, épaisseur des électrodes négatives, et temps de dopage.Another object of the invention is to propose a solution presenting a better compromise between the thickness of the metal ion doping layer, the thickness of the negative electrodes, and the doping time.
Un autre but de l’invention est de proposer une solution permettant, pour une épaisseur donnée de couche de dopage en ions métalliques, de diminuer l’épaisseur des électrodes négatives et le temps de dopage.Another object of the invention is to propose a solution making it possible, for a given thickness of metal ion doping layer, to reduce the thickness of the negative electrodes and the doping time.
L’invention permet d’atteindre au moins l’un de ces buts par une cellule, pour un dispositif hybride de stockage d’énergie électrique, tel qu’un supercondensateur hybride, ladite cellule comprenant au moins deux éléments de stockage et un séparateur entre deux éléments de stockage adjacents ;
chaque élément de stockage comprenant une électrode négative séparée d’une électrode positive par un séparateur, chaque électrode comprenant un collecteur ;
caractérisée en ce que ladite cellule est dopée en ions métalliques par au moins une couche de dopage, en particulier de lithium, la ou toutes les couche(s) de dopage étant disposée(s) au contact direct d’une seule et unique électrode négative, dite électrode dopante, au sein de ladite cellule .The invention makes it possible to achieve at least one of these aims by means of a cell, for a hybrid electrical energy storage device, such as a hybrid supercapacitor, said cell comprising at least two storage elements and a separator between two adjacent storage elements;
each storage element comprising a negative electrode separated from a positive electrode by a separator, each electrode comprising a collector;
characterized in that said cell is doped with metal ions by at least one doping layer, in particular lithium, the doping layer(s) being placed in direct contact with a single negative electrode , called doping electrode, within said cell.
Ainsi, l’invention propose une cellule, comprenant plusieurs électrodes négatives, et qui sont dopées en ions métalliques par une ou plusieurs couches de dopage qui sont toutes en contact directe avec une seule et unique électrode négative, dite électrode dopante, parmi lesdites électrodes négatives de ladite cellule. Autrement dit, à part l’électrode négative dopante, les autres électrodes négatives de la cellule ne sont pas au contact d’une couche de dopage.Thus, the invention proposes a cell, comprising several negative electrodes, and which are doped with metal ions by one or more doping layers which are all in direct contact with a single and unique negative electrode, called doping electrode, among said negative electrodes of said cell. In other words, apart from the doping negative electrode, the other negative electrodes of the cell are not in contact with a doping layer.
Dans la cellule selon l’invention, la couche de dopage métallique est en contact directe avec une électrode négative au sein de la cellule, ce qui diminue le temps de dopage, en particulier de lithiation, comparée à la technique par contact indirecte décrite plus haut. De plus, la cellule selon l’invention met en œuvre une (ou des) couche(s) de dopage commune(s) à plusieurs électrodes négatives, ce qui permet, pour une épaisseur donnée de couche de dopage, de diminuer l’épaisseur des électrodes négatives de la cellule.In the cell according to the invention, the metallic doping layer is in direct contact with a negative electrode within the cell, which reduces the doping time, in particular lithiation, compared to the indirect contact technique described above. . In addition, the cell according to the invention implements one (or more) layer(s) of doping common to several negative electrodes, which makes it possible, for a given thickness of doping layer, to reduce the thickness negative electrodes of the cell.
Dans la présente invention, par électrode on entend un complexe formé par un collecteur comportant sur chacune de ses deux faces opposées, une couche de matière active.In the present invention, by electrode is meant a complex formed by a collector comprising on each of its two opposite faces, a layer of active material.
Suivant un mode de réalisation, la cellule selon l’invention peut comprendre une couche de dopage au contact de chaque face de l’électrode négative dopante.According to one embodiment, the cell according to the invention may comprise a doping layer in contact with each face of the doping negative electrode.
Dans ce cas, une couche de dopage se trouve de part et d’autre de l’électrode négative dopante. Ainsi, il est possible de réaliser un dopage en ions métalliques des électrodes négatives de la cellule, se trouvant de part et d’autre de l’électrode négative dopante, sans nécessairement percer le collecteur de l’électrode négative dopante. Ce mode de réalisation permet d’éviter une diminution de la capacité de la cellule selon l’invention, due à un percement du collecteur de l’électrode négative dopante.In this case, a doping layer is on either side of the doping negative electrode. Thus, it is possible to carry out a metal ion doping of the negative electrodes of the cell, located on either side of the doping negative electrode, without necessarily piercing the collector of the doping negative electrode. This embodiment makes it possible to avoid a reduction in the capacity of the cell according to the invention, due to a piercing of the collector of the negative doping electrode.
Suivant un mode réalisation, la cellule selon l’invention peut comprendre une unique couche de dopage au contact d’une seule face de l’électrode négative dopante.According to one embodiment, the cell according to the invention may comprise a single doping layer in contact with a single face of the doping negative electrode.
Dans ce cas, une unique couche de dopage est utilisée pour la totalité de la cellule selon l’invention. Cette unique couche de dopage se trouve au contact de l’une des faces de l’électrode négative dopante.In this case, a single doping layer is used for the entire cell according to the invention. This single layer of doping is in contact with one of the faces of the doping negative electrode.
L’utilisation d’une seule et unique couche dopante, pour l’ensemble de la cellule permet d’utiliser une épaisseur plus grande pour la couche de dopage.The use of a single and unique doping layer, for the entire cell, makes it possible to use a greater thickness for the doping layer.
L’électrode négative dopante peut se trouver à une extrémité de la cellule, dans la direction d’empilement des éléments de stockage au sein de ladite cellule.The doping negative electrode may be at one end of the cell, in the stacking direction of the storage elements within said cell.
Lorsque la cellule selon l’invention comprend une unique couche de dopage, alors ladite unique couche de dopage peut être disposée au contact de la face externe de l’électrode négative dopante.When the cell according to the invention comprises a single doping layer, then said single doping layer can be placed in contact with the external face of the doping negative electrode.
Alternativement, ladite unique couche de dopage peut être disposée au contact de la face interne de l’électrode dopante.Alternatively, said single doping layer can be placed in contact with the internal face of the doping electrode.
Suivant un mode de réalisation, l’électrode négative dopante peut ne pas se trouver à une extrémité de ladite cellule, dans la direction d’empilement des éléments de stockage au sein de ladite cellule.According to one embodiment, the doping negative electrode may not be at one end of said cell, in the stacking direction of the storage elements within said cell.
Autrement dit, dans ce mode de réalisation, il existe au moins une électrode, en particulier positive, de chaque côté de l’électrode négative dopante.In other words, in this embodiment, there is at least one electrode, in particular positive, on each side of the doping negative electrode.
Dans des modes de réalisation, le collecteur d’au moins une électrode se trouvant entre une couche de dopage et une électrode négative peut être troué de sorte à laisser passer les ions métalliques en provenance de ladite couche de dopage vers ladite électrode négative.In some embodiments, the collector of at least one electrode located between a doping layer and a negative electrode can be perforated so as to allow metal ions to pass from said doping layer to said negative electrode.
Le collecteur de l’électrode dopante peut être troué, pour laisser passer les ions métalliques d’une face de ladite électrode dopante vers l’autre face de ladite électrode dopante.The collector of the doping electrode may be perforated, to let the metal ions pass from one face of said doping electrode to the other face of said doping electrode.
En particulier, lorsque la cellule selon l’invention comprend une seule et unique couche de métal, disposée au contact d’une face de l’électrode négative dopante, le fait de trouer le collecteur de ladite électrode négative dopante permet de laisser passer les ions métalliques vers l’autre face et vers toutes les électrodes négatives se trouvant du côté de l’autre face de l’électrode négative dopante.In particular, when the cell according to the invention comprises a single and unique layer of metal, arranged in contact with one face of the doping negative electrode, the fact of perforating the collector of said doping negative electrode allows the ions to pass metallic towards the other face and towards all the negative electrodes located on the side of the other face of the doping negative electrode.
Plus généralement, le choix de percer ou non le collecteur de telle ou telle électrode au sein de la cellule peut dépendre de la composition de la cellule, et/ou de la position de l’électrode négative dopante au sein de la cellule, et/ou de la composition du dispositif hybride de stockage d’énergie électrique mettant en œuvre la cellule selon l’invention. Ce choix est à la portée de l’homme du métier, avec pour objectif de permettre le dopage en ions métalliques de chaque électrode négative au sein de la cellule.More generally, the choice of whether or not to pierce the collector of such and such an electrode within the cell may depend on the composition of the cell, and/or the position of the doping negative electrode within the cell, and/ or of the composition of the hybrid electrical energy storage device implementing the cell according to the invention. This choice is within the reach of those skilled in the art, with the aim of allowing doping with metal ions of each negative electrode within the cell.
Suivant un exemple de réalisation, au moins une couche de dopage peut se présenter sous la forme d’une feuille de dopage indépendante.According to an exemplary embodiment, at least one doping layer can be in the form of an independent doping sheet.
Dans ce cas, la feuille de dopage peut être produite indépendamment et déposée sur une face soit de l’électrode négative dopante, soit d’un séparateur adjacent à l’électrode négative dopante.In this case, the doping sheet can be produced independently and deposited on one face either of the negative doping electrode or of a separator adjacent to the negative doping electrode.
Le séparateur peut être un séparateur de la cellule selon l’invention, ou un séparateur séparant ladite cellule d’une autre cellule, identique ou différent.The separator can be a separator of the cell according to the invention, or a separator separating said cell from another cell, identical or different.
Alternativement, ou en plus, au moins une couche de dopage peut être une couche solidaire de, ou formée sur une face de, l’électrode dopante.Alternatively, or in addition, at least one doping layer may be a layer integral with, or formed on one face of, the doping electrode.
Dans ce cas, la couche de dopage peut être préalablement déposée sur une face de ladite électrode négative dopante.In this case, the doping layer can be deposited beforehand on one face of said doping negative electrode.
Alternativement, ou en plus, au moins une couche de dopage est une couche solidaire, ou formée sur une face, d’un séparateur adjacent à l’électrode négative dopante.Alternatively, or in addition, at least one doping layer is a layer integral with, or formed on one face of, a separator adjacent to the doping negative electrode.
Dans ce cas, la couche de dopage peut être préalablement déposée sur une face dudit séparateur.In this case, the doping layer can be deposited beforehand on one face of said separator.
Le séparateur peut être un séparateur de ladite cellule, par exemple un séparateur séparant l’électrode dopante d’une autre électrode.The separator can be a separator of said cell, for example a separator separating the doping electrode from another electrode.
Le séparateur peut aussi être un séparateur séparant la cellule selon l’invention d’une autre cellule, adjacente, identique ou différente.The separator can also be a separator separating the cell according to the invention from another cell, adjacent, identical or different.
Suivant des exemples de réalisation, au moins une couche de dopage peut :
- être pleine, ou
- être réduite en laize,
- comporter des trous,
- être formée par un quadrillage ou par des lamelles.
- be full, or
- be reduced in width,
- have holes,
- be formed by a grid or by strips.
Suivant des exemples de réalisation, au moins une couche de dopage peut être réalisée en lithium, ou en sodium, ou en potassium, ou en magnésium.According to exemplary embodiments, at least one doping layer can be made of lithium, or of sodium, or of potassium, or of magnesium.
Suivant un autre aspect de l’invention, il est proposé un procédé d’obtention d’une cellule pour un dispositif de stockage d’énergie hybride, tel qu’un supercondensateur hybride, selon l’inventionAccording to another aspect of the invention, there is proposed a method for obtaining a cell for a hybrid energy storage device, such as a hybrid supercapacitor, according to the invention.
Le procédé selon l’invention comprend un assemblage d’au moins deux électrodes négatives et d’au moins deux électrodes positives, en alternant les électrodes négative et positive et en insérant un séparateur entre deux électrodes adjacentes.The method according to the invention comprises an assembly of at least two negative electrodes and at least two positive electrodes, by alternating the negative and positive electrodes and by inserting a separator between two adjacent electrodes.
Le procédé selon l’invention est caractérisé en ce qu’il comporte en outre un ajout d’au moins une couche de dopage de ladite cellule en ions métalliques, en particulier de lithium, au contact direct d’une seule et unique électrode négative, dite électrode négative dopante, au sein de ladite cellule.The method according to the invention is characterized in that it further comprises an addition of at least one layer of doping of said cell with metal ions, in particular lithium, in direct contact with a single and single negative electrode, said doping negative electrode, within said cell.
Bien entendu, ladite au moins une couche de dopage est mise au même potentiel électrique que toutes les électrodes négatives de la cellule.Of course, said at least one doping layer is placed at the same electric potential as all the negative electrodes of the cell.
Plus généralement, le procédé selon l’invention peut comporter une combinaison quelconque d’au moins une des caractéristiques décrites précédemment, en référence à la cellule selon l’invention, et qui ne sont pas reprises ici par soucis concision.More generally, the method according to the invention may comprise any combination of at least one of the characteristics described above, with reference to the cell according to the invention, and which are not repeated here for the sake of brevity.
Suivant un autre aspect de l’invention, il est proposé un dispositif hybride de stockage d’énergie électrique, en particulier un supercondensateur hybride, comprenant au moins une cellule de stockage selon l’invention.According to another aspect of the invention, there is proposed a hybrid electrical energy storage device, in particular a hybrid supercapacitor, comprising at least one storage cell according to the invention.
En particulier, le dispositif selon l’invention peut être obtenu par enroulement, sur elle-même, de l’au moins une cellule.In particular, the device according to the invention can be obtained by winding, on itself, the at least one cell.
La direction d’enroulement peut, de préférence, être parallèle au plan formé par chaque électrode, et/ou perpendiculaire à la direction d’empilement des électrodes au sein de la cellule.The winding direction can preferably be parallel to the plane formed by each electrode, and/or perpendicular to the stacking direction of the electrodes within the cell.
Lorsque le dispositif selon l’invention comprend plusieurs cellules, alors lesdites cellules peuvent être empilées les unes sur les autres, dans une direction d’empilement. La direction d’empilement peut, de préférence être perpendiculaire au plan formé par chaque électrode.When the device according to the invention comprises several cells, then said cells can be stacked on top of each other, in a stacking direction. The stacking direction can preferably be perpendicular to the plane formed by each electrode.
L’ensemble formé par lesdites cellules peut alors être enroulé sur lui-même, autour d’une direction d’enroulement. La direction d’enroulement peut, de préférence, être parallèle au plan formé par chaque électrode, et/ou perpendiculaire à la direction d’empilement.The assembly formed by said cells can then be rolled up on itself, around a winding direction. The winding direction can preferably be parallel to the plane formed by each electrode, and/or perpendicular to the stacking direction.
Lorsque le dispositif selon l’invention comprend plusieurs cellules, deux cellules adjacentes sont séparées par un séparateur.When the device according to the invention comprises several cells, two adjacent cells are separated by a separator.
Au moins deux cellules du dispositif selon l’invention peuvent comprendre un même nombre d’éléments de stockage.At least two cells of the device according to the invention can comprise the same number of storage elements.
Alternativement, ou en plus, au moins deux cellules de stockage peuvent des nombres différents d’éléments de stockage.Alternatively, or additionally, two or more storage cells may have different numbers of storage elements.
Description des figures et modes de réalisationDescription of figures and embodiments
D’autres avantages et caractéristiques apparaîtront à l’examen de la description détaillée de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels :
- les FIGURES 1 à 4 sont des représentations schématiques de quatre exemples de réalisation non limitatifs d’une cellule de stockage d’énergie électrique selon l’invention ;
- la FIGURE 5 est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’un dispositif hybride de stockage d’énergie électrique selon l’invention ; et
- la FIGURE 6 est une représentation schématique d’un autre exemple de réalisation non limitatif d’un dispositif hybride de stockage d’énergie électrique selon l’invention.
- FIGURES 1 to 4 are schematic representations of four non-limiting embodiments of an electrical energy storage cell according to the invention;
- FIGURE 5 is a schematic representation of an exemplary non-limiting embodiment of a hybrid electrical energy storage device according to the invention; and
- FIGURE 6 is a schematic representation of another non-limiting embodiment of a hybrid electrical energy storage device according to the invention.
Il est bien entendu que les modes de réalisation qui seront décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite, isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détail structurel, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie est uniquement suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure.It is understood that the embodiments which will be described below are in no way limiting. In particular, variants of the invention may be imagined comprising only a selection of characteristics described below, isolated from the other characteristics described, if this selection of characteristics is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art. This selection includes at least one preferably functional feature without structural detail, or with only part of the structural detail if this part is only sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art.
Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.In the figures, the elements common to several figures retain the same reference.
La FIGURE 1 est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’une cellule hybride de stockage d’énergie électrique.FIGURE 1 is a schematic representation of a non-limiting embodiment of a hybrid electrical energy storage cell.
La cellule 100, représentée sur la FIGURE 1, peut être utilisée pour réaliser un dispositif hybride de stockage d’énergie électrique, et en particulier un supercondensateur hybride.The cell 100, represented in FIGURE 1, can be used to produce a hybrid electrical energy storage device, and in particular a hybrid supercapacitor.
La cellule 100 comprend deux éléments de stockages 1021et 1022séparé par un séparateur 1041. Le nombre d’éléments de stockage n’est pas limité à 2, et peut être supérieure ou égal à 2. Le séparateur 1041est électriquement isolant et poreux aux ions.Cell 100 comprises two storage elements 102 1 and 102 2 separated by a separator 104 1 . The number of storage elements is not limited to 2, and may be greater than or equal to 2. The separator 104 1 is electrically insulating and porous to ions.
Chaque élément de stockage 102icomprend une électrode négative 106iet une électrode positive 108iséparées par un séparateur 110i. Ainsi, l’élément de stockage 1021comprend une électrode négative 1061et une électrode positive 1081séparées par un séparateur 1101, et l’élément de stockage 1022comprend une électrode négative 1062et une électrode positive 1082séparées par un séparateur 1102.Each storage element 102 i comprises a negative electrode 106 i and a positive electrode 108 i separated by a separator 110 i . Thus, the storage element 102 1 comprises a negative electrode 106 1 and a positive electrode 108 1 separated by a separator 110 1 , and the storage element 102 2 comprises a negative electrode 106 2 and a positive electrode 108 2 separated by a separator 110 2 .
Chaque électrode négative 106iest formée par un collecteur métallique 112ientre deux couches de matière active 114iet 116i, par exemple du charbon actif. Ainsi, par exemple l’électrode négative 1061est formée par un collecteur métallique 1121entre deux couches de matière active 1141et 1161. Ainsi de suite.Each negative electrode 106 i is formed by a metal collector 112 i between two layers of active material 114 i and 116 i , for example activated carbon. Thus, for example the negative electrode 106 1 is formed by a metal collector 112 1 between two layers of active material 114 1 and 116 1 . And so on.
Toutes les électrodes négatives 106isont reliées ensemble de sorte qu’elles sont au même potentiel électrique.All of the negative electrodes 106 i are connected together so that they are at the same electrical potential.
Chaque électrode positive 108iest formée par un collecteur métallique 118ientre deux couches de matière active 120iet 122i, par exemple du charbon actif. Ainsi, par exemple l’électrode positive 1081est formée par un collecteur métallique 1181entre deux couches de matière active 1201et 1221. Ainsi de suite.Each positive electrode 108 i is formed by a metal collector 118 i between two layers of active material 120 i and 122 i , for example activated carbon. Thus, for example the positive electrode 108 1 is formed by a metal collector 118 1 between two layers of active material 120 1 and 122 1 . And so on.
Toutes les électrodes positives 108isont reliées ensemble de sorte qu’elles sont au même potentiel électrique.All of the positive electrodes 108 i are connected together so that they are at the same electrical potential.
La cellule 100 comprend en outre une unique couche de dopage en ions métalliques 1241, telle que par exemple une couche de lithium.Cell 100 further comprises a single metal ion doping layer 124 1 , such as for example a layer of lithium.
La couche de dopage 1241est mise au même potentiel que toutes les électrodes négatives 106i.The doping layer 124 1 is placed at the same potential as all the negative electrodes 106 i .
La couche de dopage 1241est disposée au contact direct de l’une des faces de l’électrode négative 1061. En particulier, la couche de dopage 1241est disposée au contact direct de la face externe de l’électrode négative 1061, c’est-à-dire la face se trouvant du côté externe à la cellule 100. La couche de dopage 124 est déposé sur l’électrode négative 1061par l’une des méthodes connues de l'homme du métier, par exemple par évaporation, extrusion ou pulvérisation.The doping layer 124 1 is placed in direct contact with one of the faces of the negative electrode 106 1 . In particular, the doping layer 124 1 is placed in direct contact with the external face of the negative electrode 106 1 , that is to say the face located on the external side of the cell 100. The doping layer 124 is deposited on the negative electrode 106 1 by one of the methods known to those skilled in the art, for example by evaporation, extrusion or spraying.
Dans ces conditions, la couche de dopage 1241vient doper, par contact direct, la couche de matière active 1141de l’électrode négative 1061. De plus, le collecteur 1121de l’électrode négative 1061est troué de sorte que les ions métalliques provenant de la couche de dopage 1241peuvent traverser ledit collecteur 1121et venir doper la couche de matière active 1161de l’électrode négative 1061.Under these conditions, the doping layer 124 1 will dope, by direct contact, the layer of active material 114 1 of the negative electrode 106 1 . In addition, the collector 112 1 of the negative electrode 106 1 is perforated so that the metal ions coming from the doping layer 124 1 can pass through said collector 112 1 and come to dope the layer of active material 116 1 of the electrode negative 106 1 .
En outre, le collecteur 1181de l’électrode positive 1081est également troué de sorte que les ions métalliques provenant de la couche de dopage 1241peuvent traverser l’électrode positive 1081, et viennent doper la couche de matière active 1142de l’électrode négative 1062.In addition, the collector 118 1 of the positive electrode 108 1 is also perforated so that the metal ions coming from the doping layer 124 1 can pass through the positive electrode 108 1 , and come to dope the layer of active material 114 2 of the negative electrode 106 2 .
Par ailleurs, le collecteur 1122de l’électrode négative 1062comporte aussi des trous permettant aux ions métalliques, provenant de la couche de dopage 1241, de le traverser et venir doper la couche de matière active 1162de l’électrode négative 1062.Furthermore, the collector 112 2 of the negative electrode 106 2 also comprises holes allowing the metal ions, originating from the doping layer 124 1 , to pass through it and come to dope the layer of active material 116 2 of the negative electrode 106 2 .
Ainsi, dans la cellule 100 de la FIGURE 1, l’électrode négative 1061est dopée par contact direct, au moins partiellement. Cette électrode est appelée électrode négative dopante.Thus, in the cell 100 of FIGURE 1, the negative electrode 106 1 is doped by direct contact, at least partially. This electrode is called the doping negative electrode.
L’électrode négative 1062est dopée de manière indirecte, par des ions provenant de la couche 1241qui se trouve au contact de l’électrode négative dopante 1061.The negative electrode 106 2 is doped indirectly, by ions originating from the layer 124 1 which is in contact with the doping negative electrode 106 1 .
La FIGURE 2 est une représentation schématique d’un autre exemple de réalisation non limitatif d’une cellule de stockage d’énergie électrique.FIGURE 2 is a schematic representation of another non-limiting embodiment of an electrical energy storage cell.
La cellule 200, représentée sur la FIGURE 2, comprend tous les éléments de la cellule 100 de la FIGURE 1.Cell 200, shown in FIGURE 2, includes all of the elements of cell 100 in FIGURE 1.
La cellule 200 de la FIGURE 2 comprend en plus une deuxième couche de dopage 1242se trouvant au contact direct de l’autre face de l’électrode négative dopante 1061.The cell 200 of FIGURE 2 also comprises a second doping layer 124 2 located in direct contact with the other face of the doping negative electrode 106 1 .
La deuxième couche de dopage 1242vient doper, par contact direct, la couche de matière active 1161de l’électrode négative 1061, et de manière indirect l’électrode négative 1062.The second doping layer 124 2 is doped, by direct contact, the layer of active material 116 1 of the negative electrode 106 1 , and indirectly the negative electrode 106 2 .
Dans la cellule 200, le collecteur 1121de l’électrode négative dopante 1061peut être troué, comme représenté sur la FIGURE 2. Alternativement, le collecteur 1121de l’électrode négative dopante 1061peut ne pas être troué, car la deuxième couche dopante 1242vient déjà doper l’électrode négative 1062.In cell 200, collector 112 1 of doping negative electrode 106 1 may have holes, as shown in FIGURE 2. Alternatively, collector 112 1 of doping negative electrode 106 1 may not have holes, because the second doping layer 124 2 already doespes the negative electrode 106 2 .
Bien entendu, il est possible de prévoir un mode de réalisation sur la base de la cellule 200 de la FIGURE 2 qui ne comprend que la couche de dopage 1242et ne comprend pas la couche de dopage 1241.Of course, it is possible to provide an embodiment based on the cell 200 of FIGURE 2 which only includes the doping layer 124 2 and does not include the doping layer 124 1 .
La FIGURE 3 est une représentation schématique d’un autre exemple de réalisation non limitatif d’une cellule de stockage d’énergie électrique.FIGURE 3 is a schematic representation of another non-limiting embodiment of an electrical energy storage cell.
La cellule 300, représentée sur la FIGURE 3, comprend tous les éléments de la cellule 100 de la FIGURE 1.Cell 300, shown in FIGURE 3, includes all of the elements of cell 100 in FIGURE 1.
A la différence de la cellule 100 de la FIGURE 1, dans la cellule 300 de la FIGURE 3, la couche de dopage 1241se trouve au contact direct de l’une des faces de l’électrode négative 1062, c’est-à-dire de l’électrode négative se trouvant entre les électrodes positives 1081et 1082. Plus particulièrement, la couche de dopage 1241est disposée au contact direct de la face de l’électrode négative 1062se trouvant du côté de l’électrode positive 1081.Unlike the cell 100 of FIGURE 1, in the cell 300 of FIGURE 3, the doping layer 124 1 is in direct contact with one of the faces of the negative electrode 106 2 , i.e. that is to say the negative electrode located between the positive electrodes 108 1 and 108 2 . More particularly, the doping layer 124 1 is placed in direct contact with the face of the negative electrode 106 2 located on the side of the positive electrode 108 1 .
Dans cette configuration, la couche de dopage 1241vient doper, par contact direct, la couche de matière active 1142de l’électrode négative dopante 1062. Le collecteur 1122de l’électrode dopante 1062est troué de sorte que les ions métalliques provenant de la couche de dopage 1241peuvent travers ledit collecteur 1122et venir doper la couche de matière active 1162de l’électrode négative 1062.In this configuration, the doping layer 124 1 is doped, by direct contact, the layer of active material 114 2 of the doping negative electrode 106 2 . The collector 112 2 of the doping electrode 106 2 is perforated so that the metal ions coming from the doping layer 124 1 can pass through the said collector 112 2 and come to dope the layer of active material 116 2 of the negative electrode 106 2 .
En outre, le collecteur 1181de l’électrode positive 1081est également troué de sorte que les ions métalliques provenant de la couche de dopage 1241traversent l’électrode positive 1081, et viennent doper la couche de matière active 1161de l’électrode négative 1061.In addition, the collector 118 1 of the positive electrode 108 1 is also perforated so that the metal ions coming from the doping layer 124 1 cross the positive electrode 108 1 , and come to dope the layer of active material 116 1 of the negative electrode 106 1 .
Par ailleurs, le collecteur 1121de l’électrode négative 1061comporte aussi des trous permettant aux ions métalliques, provenant de la couche de dopage 1241, de le traverser et venir doper la couche de matière active 1141de l’électrode négative 1061.Furthermore, the collector 112 1 of the negative electrode 106 1 also comprises holes allowing the metal ions, originating from the doping layer 124 1 , to pass through it and come to dope the layer of active material 114 1 of the negative electrode 106 1 .
Ainsi, dans la cellule 300 de la FIGURE 3, l’électrode négative 1062est dopée par contact direct, au moins partiellement. Cette électrode est appelée électrode négative dopante.Thus, in the cell 300 of FIGURE 3, the negative electrode 106 2 is doped by direct contact, at least partially. This electrode is called the doping negative electrode.
L’électrode négative 1061est dopée de manière indirecte, par des ions provenant de la couche 1241.The negative electrode 106 1 is doped indirectly, with ions coming from the layer 124 1 .
Bien entendu, il est possible de prévoir un mode de réalisation sur la base de la cellule 300 de la FIGURE 3 qui comprend en outre une deuxième couche de dopage, par exemple 1242, au contact de l’électrode négative 1062du côté de la matière active 1162.Of course, it is possible to provide an embodiment based on the cell 300 of FIGURE 3 which also comprises a second doping layer, for example 124 2 , in contact with the negative electrode 106 2 on the side of the active ingredient 116 2 .
Il est possible de prévoir un autre mode de réalisation sur la base de la cellule 300 de la FIGURE 3, et dans lequel, une unique couche de dopage est au contact de l’électrode négative 1062du côté de la matière active 1162.It is possible to provide another embodiment based on the cell 300 of FIGURE 3, and in which a single doping layer is in contact with the negative electrode 106 2 on the side of the active material 116 2 .
Dans les exemples décrits, la cellule comprend, de manière nullement limitative, uniquement deux éléments de stockage.In the examples described, the cell comprises, without limitation, only two storage elements.
La FIGURE 4 est une représentation schématique d’un autre exemple de réalisation non limitatif d’une cellule de stockage d’énergie électrique.FIGURE 4 is a schematic representation of another non-limiting embodiment of an electrical energy storage cell.
La cellule 400, représentée sur la FIGURE 4, comprend « n » éléments de stockage 1021-102n, séparés par des séparateurs 1101-110n-1, avec n≥2.Cell 400, represented in FIGURE 4, comprises “n” storage elements 102 1 -102 n , separated by separators 110 1 -110 n-1 , with n≥2.
La cellule 400 comprend une unique couche de dopage 1241qui est au contact directe d’une électrode négative de l’élément de stockage 1021. Bien entendu, la cellule 400 peut comprendre une deuxième couche de dopage (non représentée) au contact direct de cette même électrode négative.Cell 400 comprises a single doping layer 124 1 which is in direct contact with a negative electrode of storage element 102 1 . Of course, cell 400 can include a second doping layer (not shown) in direct contact with this same negative electrode.
Alternativement, la ou les couches de dopage peuvent être au contact direct d’une électrode négative d’un élément de stockage 102iautre que l’élément de stockage 1021.Alternatively, the doping layer or layers can be in direct contact with a negative electrode of a storage element 102 i other than the storage element 102 1 .
La FIGURE 5 est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’un dispositif hybride de stockage d’énergie électrique, selon l’inventionFIGURE 5 is a schematic representation of an exemplary non-limiting embodiment of a hybrid electrical energy storage device, according to the invention
Le dispositif 500, représenté sur la FIGURE 5, comprend « m » cellules de stockage 5021-502m, avec m≥1.The device 500, shown in FIGURE 5, comprises "m" storage cells 502 1 -502 m , with m≥1.
Lorsque le dispositif 500 comprend plusieurs cellules de stockage 5021-502m, deux cellules de stockage adjacentes sont séparées par un séparateur, respectivement 5041-504m -1.When the device 500 comprises several storage cells 502 1 -502 m , two adjacent storage cells are separated by a separator, respectively 504 1 -504 m -1 .
Chaque séparateur 504jpeut être identique à un séparateur 110i.Each 504 j separator can be identical to a 110 i separator.
Chaque cellule de stockage peut être n’importe quelle cellule de stockage 100, 200, 300 et 400 des FIGURES 1 à 4.Each storage cell can be any of the 100, 200, 300, and 400 storage cells in FIGURES 1 through 4.
La FIGURE 6 est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’un dispositif hybride de stockage d’énergie électrique, selon l’invention.FIGURE 6 is a schematic representation of a non-limiting embodiment of a hybrid electrical energy storage device, according to the invention.
Le dispositif 600, représenté sur la FIGURE 6, comprend une seule cellule de stockage 502, qui peut être n’importe quelle cellule de stockage 100, 200, 300 et 400 des FIGURES 1 à 4.Device 600, shown in FIGURE 6, includes a single storage cell 502, which may be any of the storage cells 100, 200, 300 and 400 of FIGURES 1 through 4.
La cellule de stockage 502 est enroulée sur elle-même autour d’une direction 602 se trouvant dans le plan formé par ladite cellule 502.The storage cell 502 is wound on itself around a direction 602 lying in the plane formed by said cell 502.
Une fois enroulée, la cellule de stockage 502 est disposée dans une enveloppe externe 604, représentée dans une configuration éclatée sur la FIGURE 6.Once rolled up, storage cell 502 is disposed within an outer shell 604, shown in an exploded configuration in FIGURE 6.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples détaillés ci-dessus. Par exemple, la couche de dopage peut être pré-déposée sur un collecteur avant bobinage ou empilement, le collecteur servant de support, ce qui améliore la mécanique de la cellule. Ou encore, la couche de dopage peut être déposée sur l’électrode sous forme de poudre, avec ou sans liant entre les grains.Of course, the invention is not limited to the examples detailed above. For example, the doping layer can be pre-deposited on a collector before winding or stacking, the collector serving as a support, which improves the mechanics of the cell. Or, the doping layer can be deposited on the electrode in powder form, with or without a binder between the grains.
Claims (15)
chaque élément de stockage (102i) comprenant une électrode négative (106i) séparée d’une électrode positive (108i) par un séparateur (110i), chaque électrode (106i,108i) comprenant un collecteur (112i,118i) ;
caractérisée en ce que ladite cellule (100;200;300;400) est dopée en ions métalliques par au moins une couche de dopage (124i), la ou toutes les couche(s) de dopage (124i) étant disposée(s) au contact direct d’une seule et unique électrode négative (106i), dite électrode dopante, au sein de ladite cellule (100;200;300;400).Cell (100;200;300;400), for a hybrid electrical energy storage device (500;600), said cell (100;200;300;400) comprising at least two storage elements (102 i ), a separator (104 i ) between two adjacent storage elements (102 i );
each storage element (102 i ) comprising a negative electrode (106 i ) separated from a positive electrode (108 i ) by a separator (110 i ), each electrode (106 i , 108 i ) comprising a collector (112 i , 118( i );
characterized in that said cell (100;200;300;400) is doped with metal ions by at least one doping layer (124 i ), the or all the doping layer(s) (124 i ) being arranged ) in direct contact with a single negative electrode (106 i ), called the doping electrode, within said cell (100; 200; 300; 400).
- est pleine, ou
- est réduite en laize,
- comporte des trous,
- est formée par un quadrillage ou par des lamelles.
- is full, or
- is reduced in width,
- has holes,
- is formed by a grid or by strips.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1905153A FR3096171A3 (en) | 2019-05-16 | 2019-05-16 | A cell for a hybrid electric energy storage device, a method of obtaining such a cell, and a hybrid supercapacitor comprising at least one such cell. |
| PCT/EP2020/054775 WO2020178058A1 (en) | 2019-03-01 | 2020-02-24 | Cell for a hybrid electrical energy storage device, method for obtaining such a cell, and hybrid supercapacitor comprising at least one such cell |
Applications Claiming Priority (2)
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
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2019
- 2019-05-16 FR FR1905153A patent/FR3096171A3/en active Pending
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Legal Events
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Effective date: 20210825 |