Densit´e de courant

Apr`es l’influence des bornes de potentiel sur les performances ´electrochimiques des couches minces de V2O5 amorphe ou cristallis´e, l’effet de la densit´e de courant a ´et´e ´etudi´e. Pour cela, des couches minces amorphes et cristallis´ees ont ´et´e cycl´ees `a des den-sit´es de courant comprises entre 15 µA/cm2 et 1 mA/cm2 dans deux fenˆetres de potentiel diff´erentes, [3.7 - 1.5 V /Li] et [3.7 - 2.3 V /Li], en conservant la mˆeme densit´e de courant en charge et en d´echarge.

Fig. III.41 – Evolution de la capacit´e de d´echarge en fonction du nombre de cycles obtenue pour des couches minces cristallis´ees, cycl´ees dans diff´erentes fenˆetres de

potentiel : [3.7 - 1.5 V /Li],[3.7 - 1.9 V /Li] et [3.7 - 2.3 V /Li].

amorphes cycl´ees entre 3.7 et 1.5 V /Li en utilisant diff´erentes densit´es de courant (50, 200 et 1000 µA/cm2). On observe que lorsque la densit´e de courant augmente, le nombre d’ions Li+

intercal´e dans les couches minces diminue et surtout que le taux de lithium restant irr´eversiblement pi´eg´e dans le mat´eriau ainsi que la polarisation en fin de d´echarge et en fin de charge augmentent. Dans la gamme de densit´e de courant comprise entre 15 µA/cm2 et 100 µA/cm2

, les valeurs de capacit´e restent tout `a fait ´equivalentes et la bonne tenue en cyclage est conserv´ee (Figure III.43). Nous observons une petite diminution de la capa-cit´e pour les couches minces cycl´ees `a 200 µA/cm2 . Au-del`a de cette densit´e de courant, les valeurs de capacit´e deviennent faibles, bien que la tenue en cyclage soit conserv´ee. Le principal avantage d’effectuer le cyclage `a des densit´es de courant plus ´elev´ees est de pouvoir r´eduire consid´erablement le temps de charge (soit 22 minutes pour une charge `a 100 µA/cm2

au lieu d’environ 3 heures pour une charge `a 15 µA/cm2 ).

Dans le cas des couches minces de V2O5 cristallis´e, l’influence de la densit´e de cou-rant sur les performances ´electrochimiques est moins prononc´ee. La Figure III.44 regroupe trois s´eries de courbes de cyclage obtenues pour des couches minces cristallis´ees, cycl´ees entre 3.7 et 1.5 V /Li. Le nombre d’ions Li+

intercal´es dans le mat´eriau diminue plus faiblement et le cyclage devient plus stable lorsque la densit´e de courant est augment´ee de

III.4. Influence des conditions de cyclage sur les propri´et´es ´electrochimiques

Fig. III.42 – Courbes de cyclage obtenues pour des couches minces amorphes, cycl´ees dans des bornes de potentiel de [3.7 - 1.5 V /Li] en utilisant diff´erentes densit´es de

Fig. III.43 – Evolution de la capacit´e en fonction du nombre de cycles pour des couches minces amorphes, cycl´ees dans des bornes de potentiel de [3.7 - 1.5 V /Li] en utilisant

diff´erentes densit´es de courant (15 `a 1000 µA/cm2).

30 `a 200 µA/cm2. Le premier plateau observ´e `a 3.4 V /Li pour des densit´es de courant faibles est absent pour les couches cycl´ees `a 200 µA/cm2

et 1000 µA/cm2

. De plus, les plateaux 3 et 4 sont d´ecal´es vers les plus bas potentiels, ce qui est d’autant plus marqu´e lorsque le cyclage est effectu´e `a 1000 µA/cm2. On observe ´egalement une forte augmen-tation de la polarisation pour des densit´es de courant ´elev´ees. Concernant les capacit´es en d´echarge, la diminution de cette derni`ere pour des densit´es de courant plus ´elev´ees est moins prononc´ee que pour les couches minces amorphes ; pour une densit´e de courant de 200 µA/cm2 on observe une tr`es bonne stabilit´e en cyclage (Figure III.45).

Par ailleurs, lorsque les couches minces amorphes ou cristallis´ees sont cycl´ees dans des bornes de potentiel r´eduites de [3.7 - 2.3 V /Li], les capacit´es en d´echarge deviennent plus faibles, mais aucune influence sur la tenue en cyclage n’est observ´ee.

Pour appr´ehender les potentialit´es des couches minces de V2O5 amorphe ou cristallis´e dans des conditions de cyclage proches de celles que l’on peut rencontrer lors de l’utilisation d’une microbatterie dans un microsyst`eme r´eel, des tests ont ´et´e r´ealis´es en faisant varier la densit´e de courant au cours du cyclage. Pour cela, deux programmes de cyclage diff´erents ont ´et´e utilis´es :

III.4. Influence des conditions de cyclage sur les propri´et´es ´electrochimiques

Fig. III.44 – Courbes de cyclage obtenues pour des couches minces cristallis´ees (avec num´erotation des diff´erents plateaux observ´es), cycl´ees dans des bornes de potentiel de

[3.7 - 1.5 V /Li] en utilisant diff´erentes densit´es de courant : a) et d) 30 µA/cm2, b) et e) 200 µA/cm2

et c) et f ) 1000 µA/cm2 .

Fig. III.45 – Evolution de la capacit´e en fonction du nombre de cycles pour des couches minces cristallis´ees, cycl´ees dans des bornes de potentiel de [3.7 - 1.5 V /Li] en utilisant

diff´erentes densit´es de courant (de 15 `a 1000 µA/cm2).

– Le premier consiste `a faire subir au mat´eriau 30 cycles `a une densit´e de courant de 200 µA/cm2, suivis de 30 cycles `a une densit´e de 30 µA/cm2.

– Le deuxi`eme consiste `a r´ealiser une variation plus fr´equente de la densit´e de cou-rant : le mat´eriau subit ainsi une suite de 10 cycles `a 30 µA/cm2

, puis 20 cycles `a 200 µA/cm2, puis 10 cycles `a 30 µA/cm2, puis 20 cycles `a 200 µA/cm2 et finale-ment 10 cycles `a 30 µA/cm2.

La Figure III.46 repr´esente les courbes de cyclage ainsi que l’´evolution de la capacit´e en fonction du nombre de cycles pour une couche mince amorphe cycl´ee en utilisant le premier programme de cyclage et pour une couche analogue soumise au second programme de cyclage. Lors des s´equences de densit´e de courant ´elev´ee, le taux du lithium intercal´e et donc la capacit´e diminuent, ce qui a d´ej`a ´et´e observ´e pr´ec´edemment. Cependant, il apparaˆıt clairement que nous retrouvons une valeur de capacit´e apr`es 30 cycles `a 200 µA/cm2 ´equivalente `a celle que l’on aurait obtenu si les 30 cycles avaient ´et´e effectu´es `a 30 µA/cm2. Ce comportement se confirme lorsque la densit´e de courant est chang´ee alternativement. Ce r´esultat est int´eressant d’un point de vue appliqu´e et confirme la bonne stabilit´e en cyclage des couches minces amorphes.

La Figure III.47 repr´esente les courbes de cyclage ainsi que l’´evolution de la capacit´e en fonction du nombre de cycles pour une couche mince cristallis´ee cycl´ee en utilisant le

pre-III.4. Influence des conditions de cyclage sur les propri´et´es ´electrochimiques

Fig. III.46 – Couches minces de V2O5 amorphe cycl´ees en utilisant diff´erentes densit´es de courant au cours du cyclage. a) Courbe de cyclage (30 cycles `a 200 µA/cm2

puis 30 cycles `a 30 µA/cm2), b) Evolution de la capacit´e en fonction du nombre de cycles obtenue pour un changement simple de la densit´e de courant, c) Evolution de la capacit´e

en fonction du nombre de cycles (cycles effectu´es alternativement `a 30 µA/cm2 et 200 µA/cm2).

mier programme de cyclage et pour une couche analogue soumise au second programme de cyclage. Le mat´eriau suit bien les changements de densit´e de courant impos´es ; n´eanmoins la tenue en cyclage est moins bonne que pour les couches minces amorphes, comme cela ´etait attendu.