Explorer les types de batteries lithium-ion pour l’ESS

Stéphane Melançon, expert en batteries et passionné d'électricité chez Laserax aux États-Unis, a discuté des caractéristiques des différentes technologies lithium-ion et de la manière dont nous pouvons les comparer.

Les batteries lithium-ion (Li-ion) n’ont pas toujours été un premier choix. Ils étaient souvent ignorés car ils coûtaient cher. Pendant longtemps, les batteries au plomb ont dominé le marché des systèmes de stockage d'énergie (ESS). Ils étaient plus fiables et coûtaient moins cher.

Les fabricants de batteries, les producteurs de voitures électriques et les géants de l’énergie comme LG Chem et Panasonic ont investi des milliards dans la recherche de solutions énergétiques. Cela inclut la technologie des batteries et les moyens de les fabriquer. Ils l’ont fait pour répondre à l’énorme besoin de batteries Li-ion. Cela a rendu les batteries Li-ion ESS moins chères et plus grandes, leur permettant de s'emparer d'une part plus importante d'un marché en pleine croissance.

Dans cet article, nous aborderons six principaux types de batteries Li-ion. Nous examinerons leur potentiel dans l'ESS, ce qui constitue une bonne batterie pour l'ESS et le rôle que jouent les autres sources d'énergie.

1. Une plongée approfondie dans les types de batteries lithium-ion

1.1 Phosphate de fer et de lithium (LFP)

Les batteries LFP sont les meilleurs du monde ESS. C'est une option plus propre car LFP utilise du fer. Comparé au cobalt et au nickel, le fer est un choix plus écologique. Le fer est également moins cher et plus facile à trouver, ce qui réduit les coûts. Les fabriquer coûte également moins cher.

Le grand patron de Tesla, Elon Musk, pense que tous les éléments de stockage fixes seront transférés à la chimie des batteries LFP.

Les LFP ne contiennent pas autant de puissance pour leur taille. Mais ce n’est pas un gros problème pour l’ESS comme pour les voitures électriques, puisque l’ESS peut s’étendre davantage. Bien sûr, les batteries LFP pèsent plus, mais ce n'est qu'un problème d'installation. Ils sont également plus sûrs avec moins de risque de surchauffe et durent plus longtemps avec 2 000 à 5 000 cycles. La batterie MANLY est professionnellefournisseur de batterieet offre une batterie LiFePO4 plus performante et plus sûre. Découvrez la longévité de nos batteries, offrant 8 000 cycles et bénéficiant d'une garantie de dix ans.

Non seulement ils sont conçus pour la performance, mais la sécurité est au premier plan avec des fonctionnalités telles que les protections contre les courts-circuits, les surcharges et les décharges excessives. ChaqueBatterie MANLYest conçu avec un circuit équilibré, assurant une fourniture de puissance constante. Et pour ceux qui recherchent des configurations flexibles, nos batteries se connectent de manière transparente en série et en parallèle. Avec des couches supplémentaires de protection contre les surtensions et les surintensités, choisir MANLY Battery est un investissement dans la confiance et l'excellence.

1.2 Lithium Nickel Manganèse Cobalt (NMC)

Les batteries NMC sont les préférées du lithium-ion pour de bonnes raisons. Ils sont puissants et sont plus sûrs en cas de surchauffe.

Mais ils ne durent pas aussi longtemps que les LFP, généralement entre 1 000 et 2 000 cycles.

Ils ont également besoin de cobalt et de nickel. Ce sont plus chers et moins écologiques. On craint une pénurie de ces minéraux, ce qui pourrait faire grimper les coûts et limiter l’offre.

1.3 Lithium-nickel-cobalt-aluminium (NCA)

Les batteries NCA sont un peu comme les NMC mais avec des particularités. Ils stockent plus d’énergie pour leur taille mais peuvent surchauffer plus facilement. Comme les NMC, ils durent environ 1 000 à 2 000 cycles et ont besoin de cobalt et de nickel.

1.4 Oxyde de lithium et de manganèse (LMO)

Les LMO ont rapidement perdu leur sang-froid. Ils ressemblent aux LFP mais ne durent pas aussi longtemps, généralement seulement 500 à 800 cycles.

Ils coûtent un peu moins cher à fabriquer que les LFP, mais leur durée de vie plus courte augmente les coûts à long terme.

Les LMO se chargent rapidement, ont une puissance solide et fonctionnent bien même lorsqu'il fait chaud. Il s’agit principalement d’outils portables, d’équipements médicaux et de certaines voitures électriques.

1,5 Oxyde de lithium et de cobalt (LCO)

Les LCO font partie des premiers types lithium-ion. Ils sont courants dans les ordinateurs portables et les téléphones ayant de faibles besoins en énergie. Ils sont parfaits pour les configurations d'éclairage sans avoir besoin de beaucoup d'énergie car ils maintiennent l'énergie à circuler pendant un certain temps.

Mais les LCO ont une durée de vie courte, généralement de 500 à 1 000 cycles, et ne supportent pas la chaleur. C'est pourquoi ils sont interdits pour l'ESS.

1,6 Titanate de lithium (LTO)

Les LTO sont les plus durables, avec jusqu'à 10 000 cycles et polluent moins que la plupart des autres batteries. Ils s'alimentent rapidement, mais ce n'est peut-être pas un incontournable pour l'ESS.

Ils ne stockent pas beaucoup d’énergie pour leur taille, ce qui les rend coûteux. Par exemple, alors que d’autres batteries stockent entre 120 et 500 wattheures par kilo, les LTO en stockent environ 50 à 80.

2. Facteurs clés pour maximiser la sortie de la batterie ESS

2.1 Nombre de cycles élevé :

Différentes batteries ont des durées de vie variées en fonction du nombre de cycles de charge et de décharge qu'elles peuvent effectuer avant de présenter une perte de performances significative. Les batteries modernes des véhicules électriques durent plus longtemps. Les garanties typiques des batteries des constructeurs automobiles sont d'environ huit ans ou 100 000 miles, mais cela dépend en grande partie du type de batterie utilisé pour le stockage.

Les systèmes de stockage d’énergie nécessitent une durée de vie élevée car ils fonctionnent en permanence, se chargeant et se déchargeant. La capacité de la batterie diminue à chaque cycle de charge et de décharge. Lorsqu’une batterie lithium-ion ne peut conserver que 70 à 80 % de sa capacité, elle a atteint sa durée de vie. Les meilleures batteries lithium-ion peuvent fonctionner jusqu'à 10 000 cycles, tandis que les batteries bas de gamme durent environ 500 cycles.

2.2 Puissance de crête :

Les systèmes de stockage d'énergie doivent répondre aux pics de demande d'énergie, car ils sont utilisés pour répondre aux besoins énergétiques pendant les périodes de pointe de demande du réseau.

Les demandes énergétiques ne sont pas cohérentes, mais l'ESS peut décaler les temps de recharge lorsque l'énergie est moins chère ou plus disponible. En stockant l’énergie pendant les périodes de faible demande et en la libérant en cas de besoin, les coûts peuvent être considérablement réduits.

2.3 Faible coût de production :

Les systèmes de stockage d’énergie nécessitent beaucoup de batteries pour répondre à la demande énergétique. Par exemple, la quantité d’énergie utilisée par heure est mesurée en mégawattheures (MWh). Pour les batteries EV, c’est en kilowattheures (kWh). Cela représente une différence de 1 000 fois !

Compte tenu du grand nombre de batteries nécessaires pour l’ESS, une technologie de batterie plus coûteuse n’est pas économiquement viable.

3. Répondre au problème de l'emballement thermique des batteries

L’emballement thermique reste une préoccupation pressante. Lorsque les batteries lithium-ion atteignent un état d'auto-échauffement incontrôlé, elles peuvent provoquer des incendies, de la fumée et l'éjection de gaz, de particules et d'éclats d'obus.

Différents types de batteries lithium-ion présentent un emballement thermique à des températures variées. Par exemple, NCA, NMC et LCO sont des types de batteries lithium-ion qui présentent un risque d'emballement thermique à des températures plus basses. Les batteries LFP sont les plus sûres.

4. Pourquoi ESS ne transpire pas sur les dimensions et le poids de la batterie

Contrairement aux véhicules électriques, où le poids et la taille nécessitent une gestion minutieuse, ces facteurs ne sont pas essentiels au fonctionnement des systèmes de stockage d'énergie (ESS). En effet, ces appareils sont généralement hébergés dans des conteneurs ou des unités de stockage.

Le coût du terrain pour l'installation de l'ESS est généralement minime, ce qui fait de la taille de la batterie un facteur mineur dans la dépense globale. Le poids n’est pas un problème car il n’influence pas les performances de la batterie comme c’est le cas pour les véhicules électriques.

5. Batteries ESS et LFP : cruciales pour l’avenir des énergies alternatives

La demande en électricité monte en flèche. En fait, McKinsey prédit que d’ici 2050, la consommation mondiale d’électricité doublera. Tout ce que nous utilisons nécessite de l'énergie, et les véhicules électriques alourdissent la charge du réseau.

Les formes d’énergie traditionnelles comme le nucléaire, l’hydroélectricité et le charbon ne suffisent pas à répondre à la demande croissante. De nombreux pays sont confrontés à d’importants obstacles réglementaires et contraintes de construction. Même si ces zones pouvaient être dégagées, la mise en place des infrastructures pourrait prendre une décennie, voire plus.

Les sources d’énergie alternatives comme l’éolien et le solaire, avec des exigences plus simples et un soutien public croissant, peuvent généralement être mises en place plus rapidement. L’Agence internationale de l’énergie (AIE) souligne l’essor des énergies propres, prévoyant une augmentation d’un tiers de la capacité entre 2022 et 2023.

Même si les énergies alternatives pourraient jouer un rôle central dans notre avenir, elles dépendent des conditions météorologiques. Ils ne peuvent pas produire d'électricité de manière constante, ce qui nécessite l'ESS pour stocker l'énergie, répondre aux cycles de demande de pointe et fournir de l'énergie dans des conditions météorologiques défavorables.

Les systèmes de stockage d’énergie peuvent également atténuer les pics de puissance, améliorant ainsi l’efficacité des centrales électriques. Ils contribuent à fournir une électricité plus cohérente et stable, prolongeant ainsi la durée de vie des centrales électriques.

Tout cela indique que les batteries au lithium fer phosphate (LFP) constituent un choix prometteur pour l’avenir. Les LFP offrent un cycle de vie élevé, de faibles coûts de production et un risque minimal d'emballement thermique, ce qui les rend idéaux pour les exigences ESS.

Récemment, des batteries LMFP, une variante LFP avec du manganèse comme composant cathodique, ont fait leur apparition et présentent de solides performances dans les véhicules électriques. Compte tenu de leurs coûts de production, cette nouvelle chimie des batteries pourrait constituer une solution compétitive pour les systèmes de stockage d’énergie.