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Portuguese Exploration des types de batteries lithium-ion pour les systèmes de stockage d'énergie (ESS)
Table des matières
- Exploration des types de batteries lithium-ion pour les systèmes de stockage d'énergie (ESS)
- 1. Une plongée en profondeur dans les types de batteries lithium-ion
- 2. Facteurs clés pour maximiser la puissance de la batterie ESS
- 3. Répondre au problème de l'emballement thermique des batteries
- 4. Pourquoi l'ESS ne se préoccupe pas des dimensions et du poids de la batterie
- 5. Batteries ESS et LFP : essentielles pour l'avenir des énergies alternatives
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 choix de premier ordre. Elles étaient souvent délaissées en raison de leur coût élevé. Pendant longtemps, les batteries plomb-acide ont dominé le marché des systèmes de stockage d'énergie (SSE). Plus fiables et moins coûteuses, elles ont été la solution idéale.
Les fabricants de batteries, les constructeurs 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 leurs méthodes de fabrication. Ils l'ont fait pour répondre à la forte demande de batteries Li-ion. Cela a rendu les batteries Li-ion ESS moins chères et plus grandes, leur permettant de conquérir une part plus importante d'un marché en pleine croissance.
Dans cet article, nous allons explorer six principaux types de batteries Li-ion. Nous examinerons leur potentiel dans les systèmes de stockage d'énergie (SSE), les critères d'une bonne batterie pour ce type de système et le rôle des autres sources d'énergie.
1. Une plongée en profondeur dans les types de batteries lithium-ion
1.1 Phosphate de fer et de lithium (LFP)
Les batteries LFP sont parmi les meilleures du marché des systèmes de stockage d'énergie (ESS). Elles constituent une option plus propre car elles utilisent du fer. Comparé au cobalt et au nickel, le fer est plus écologique. De plus, le fer est moins cher et plus facile à trouver, ce qui réduit les coûts. Leur fabrication est également plus économique.
Elon Musk, le patron de Tesla, pense que tous les éléments de stockage fixes seront transférés vers la chimie des batteries LFP.
Les batteries LFP ne délivrent pas autant de puissance pour leur taille. Mais ce n'est pas un problème pour les systèmes de stockage d'énergie (ESS) comme pour les voitures électriques, car ils peuvent se disperser davantage. Certes, les batteries LFP sont plus lourdes, mais c'est simplement une question d'installation. Elles sont également plus sûres, avec moins de risques de surchauffe et une durée de vie plus longue, avec 2 000 à 5 000 cycles. MANLY Battery est un professionnel. fournisseur de batteries et offrent des batteries LiFePO4 plus performantes et plus sûres. Découvrez la longévité de nos batteries, avec 8 000 cycles et une garantie de dix ans.
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1.2 Lithium Nickel Manganèse Cobalt (NMC)
Les batteries NMC sont parmi les préférées des batteries lithium-ion pour de bonnes raisons : elles sont très puissantes et plus sûres 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. Ces minéraux sont plus chers et moins écologiques. On craint une pénurie de ces minéraux, ce qui pourrait faire grimper les prix et limiter l'offre.
1.3 Lithium Nickel Cobalt Aluminium (NCA)
Les batteries NCA ressemblent aux NMC, mais avec des particularités importantes. Elles stockent plus d'énergie pour leur taille, mais peuvent surchauffer plus facilement. Comme les NMC, elles durent environ 1 000 à 2 000 cycles et nécessitent du cobalt et du nickel.
1.4 Oxyde de lithium et de manganèse (LMO)
Les LMO perdent rapidement leur efficacité. Ils ressemblent aux LFP, mais durent moins longtemps, généralement entre 500 et 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 rechargent rapidement, offrent une puissance fiable et fonctionnent bien même par forte chaleur. On les trouve principalement dans les outils portables, le matériel médical et certaines voitures électriques.
1,5 oxyde de lithium et de cobalt (LCO)
Les LCO comptent parmi les premiers types de batteries lithium-ion. On les retrouve couramment dans les ordinateurs portables et les téléphones à faible consommation d'énergie. Elles sont idéales pour les configurations légères et peu gourmandes en énergie, car elles assurent un flux d'énergie durable.
Cependant, 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 déconseillés pour les systèmes de stockage d'énergie.
1,6 Titanate de lithium (LTO)
Les batteries LTO sont très durables, avec jusqu'à 10 000 cycles et moins polluantes que la plupart des autres batteries. Elles se rechargent rapidement, mais ce n'est peut-être pas indispensable pour les systèmes de stockage d'énergie.
Elles ne stockent pas beaucoup d'énergie pour leur taille, ce qui les rend coûteuses. Par exemple, alors que d'autres batteries stockent entre 120 et 500 wattheures par kilo, les LTO en stockent entre 50 et 80.
2. Facteurs clés pour maximiser la puissance de la batterie ESS
2.1 Nombre élevé de cycles :
La durée de vie des batteries varie selon le nombre de cycles de charge et de décharge qu'elles peuvent effectuer avant de subir une perte de performance significative. Les batteries des véhicules électriques modernes durent plus longtemps. La garantie des constructeurs automobiles est généralement d'environ huit ans ou 160 000 km, mais elle dépend largement du type de batterie utilisé pour le stockage.
Les systèmes de stockage d'énergie nécessitent une durée de vie élevée car ils fonctionnent en continu, 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 atteint sa durée de vie. Les meilleures batteries lithium-ion peuvent fonctionner jusqu'à 10 000 cycles, tandis que les batteries d'entrée de gamme durent environ 500 cycles.
2.2 Puissance de crête :
Les systèmes de stockage d'énergie doivent pouvoir supporter les pics de demande d'électricité, car ils sont utilisés pour répondre aux besoins énergétiques pendant les périodes de pointe de la demande du réseau.
La demande énergétique n'est pas constante, mais les systèmes de stockage d'énergie (ESS) permettent de décaler les heures de recharge aux moments où 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 de nombreuses batteries pour répondre à la demande. Par exemple, la quantité d'énergie consommée par heure est mesurée en mégawattheures (MWh). Pour les batteries de véhicules électriques, elle est exprimée en kilowattheures (kWh). Soit une différence de 1 000 fois !
Étant donné le nombre considérable de batteries nécessaires à 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 demeure une préoccupation majeure. 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 différentes températures. Par exemple, les batteries NCA, NMC et LCO présentent un risque d'emballement thermique à basse température. Les batteries LFP sont les plus sûres.
4. Pourquoi l'ESS ne se préoccupe pas des dimensions et du poids de la batterie
Contrairement aux véhicules électriques, dont le poids et la taille nécessitent une gestion rigoureuse, ces facteurs ne sont pas essentiels au fonctionnement des systèmes de stockage d'énergie (SSE). En effet, ces dispositifs sont généralement hébergés dans des conteneurs ou des unités de stockage.
Le coût du terrain pour l'installation d'un système de stockage d'énergie est généralement minime, ce qui fait de la taille de la batterie un facteur mineur dans le coût total. 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 : essentielles pour l'avenir des énergies alternatives
La demande d'électricité explose. McKinsey prévoit même que d'ici 2050, la consommation mondiale d'électricité doublera. Tout ce que nous utilisons nécessite de l'électricité, 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 à des contraintes de construction. Même si ces obstacles sont surmontés, la mise en place des infrastructures pourrait prendre une décennie, voire plus.
Les sources d'énergie alternatives comme l'éolien et le solaire, dont les exigences sont plus simples et bénéficient d'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 et prévoit une augmentation d'un tiers de leur capacité entre 2022 et 2023.
Si les énergies alternatives pourraient jouer un rôle essentiel dans notre avenir, elles dépendent des conditions météorologiques. Elles ne peuvent pas produire d'électricité de manière constante, ce qui nécessite des systèmes de stockage d'énergie (SSE) pour stocker l'énergie, répondre aux pics de demande et fournir de l'électricité en cas de 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 une fourniture d'électricité plus constante et plus stable, prolongeant ainsi la durée de vie des centrales.
Tout cela indique que les batteries lithium-fer-phosphate (LFP) constituent un choix prometteur pour l'avenir. Elles offrent une durée de vie élevée, de faibles coûts de production et un risque minimal d'emballement thermique, ce qui les rend idéales pour les besoins des systèmes de stockage d'énergie (SSE).
Récemment, des batteries LMFP, une variante de LFP utilisant du manganèse comme composant cathodique, ont fait leur apparition et se sont révélées très performantes dans les véhicules électriques. Compte tenu de leurs coûts de production, cette nouvelle chimie de batterie pourrait constituer une solution compétitive pour les systèmes de stockage d'énergie.
