Qu’est-ce qu’une batterie de stockage ?
Une batterie de stockage est un dispositif mécanique qui stocke l’électricité sous forme d’énergie chimique. Ces batteries comprennent les batteries primaires, qui ne peuvent être que déchargées et non rechargées, et les batteries secondaires, qui peuvent être chargées et déchargées à plusieurs reprises. Les batteries de stockage sont des batteries secondaires.
Le besoin de batteries de stockage s’est fait sentir depuis le grand tremblement de terre de l’est du Japon. Les batteries de stockage attirent l’attention non seulement en tant que source d’énergie de secours, mais aussi pour le stockage des énergies renouvelables et pour leur utilisation en tant que mesure d’économie de coûts et d’énergie.
Utilisations des batteries de stockage
Les batteries de stockage sont utilisées dans un large éventail d’applications, de l’usage domestique à l’usage industriel.
Dans le cadre d’une utilisation domestique, elles peuvent être associées à la production d’énergie solaire pour économiser de l’électricité. Par exemple, l’énergie solaire peut être utilisée pendant la journée et vendue en cas de surplus. Même si l’électricité n’est pas vendue, l’excédent d’énergie généré pendant la journée et l’énergie bon marché en fin de nuit peuvent être stockés dans des batteries de stockage, et l’énergie stockée peut être utilisée la nuit lorsque le soleil s’est couché, ce qui permet d’économiser de l’électricité. De plus, même en cas de panne de courant due à une catastrophe, l’électricité contenue dans les batteries de stockage peut toujours être utilisée.
Dans l’industrie, les accumulateurs sont également utilisés comme sources d’énergie de secours pour les alimentations de haute puissance et les alimentations sans interruption pour l’instrumentation. La principale différence entre les applications industrielles et les applications domestiques est la capacité électrique.
Principe et types de batteries de stockage
Le principe de fonctionnement des batteries de stockage diffère légèrement selon les types, mais le mécanisme d’extraction de l’électricité par une réaction chimique reste le même. Les batteries de stockage sont constituées d’une cathode, d’une anode et d’un électrolyte qui assiste la réaction chimique entre la cathode et l’anode, et leurs propriétés varient considérablement en fonction des matériaux utilisés.
1. Les batteries de stockage au plomb
Les batteries plomb-acide sont les plus anciennes de toutes les batteries de stockage et sont principalement utilisées dans les batteries de voiture et les sources d’énergie de secours. Elles utilisent du dioxyde de plomb pour l’électrode positive, du plomb pour l’électrode négative et de l’acide sulfurique dilué pour l’électrolyte. Elles sont peu coûteuses, très résistantes à la surcharge et ont une très longue durée de vie d’environ 17 ans. En revanche, leur faible efficacité énergétique lors de la charge et de la décharge constitue un inconvénient.
2. Les batteries nickel-métal-hydrure
Ces batteries utilisent de l’oxyhydroxyde de nickel pour l’électrode positive, un alliage de stockage d’hydrogène pour l’électrode négative et une solution alcaline telle que l’hydroxyde de potassium pour l’électrolyte. Avant l’avènement des batteries lithium-ion, elles étaient utilisées comme batteries pour les appareils mobiles et sont encore utilisées dans les voitures hybrides et dans les installations de stockage au sol des chemins de fer. Elles se caractérisent par leur résistance à la surdécharge et à la surcharge et par leur capacité à être chargées et déchargées rapidement, mais leur taux d’autodécharge élevé et leur courte durée de vie d’environ 5 à 7 ans sont des inconvénients.
3. Les batteries lithium-ion
Ces batteries utilisent des oxydes métalliques contenant du lithium pour l’électrode positive, des matériaux en carbone pour l’électrode négative et un électrolyte organique pour l’électrolyte. Elles sont largement utilisées comme batteries pour les appareils électroniques de la vie quotidienne, tels que les ordinateurs portables et les smartphones, et ces dernières années, elles ont également été adoptées comme batteries pour les véhicules électriques. Elles se caractérisent par une densité énergétique élevée et une rapidité de charge et de décharge. Elles ont une durée de vie relativement longue, de 6 à 10 ans, mais leur coût est plus élevé que celui des autres batteries.
4. Les batteries au sulfure de sodium (NAS)
Également appelées batteries NAS, ces batteries utilisent le soufre comme électrode positive, le sodium comme électrode négative et la β-alumine comme électrolyte, et sont utilisées comme sources d’énergie de secours pour les installations à grande échelle telles que les usines. Elle se caractérise par une autodécharge quasi nulle, une efficacité de charge-décharge et une densité énergétique excellentes, ainsi qu’une longue durée de vie (jusqu’à 15 ans), et suscite un intérêt considérable en tant que batterie industrielle. Par ailleurs, on peut s’attendre à une réduction des coûts grâce à l’abondance des ressources en matériaux d’électrode. Cependant, la température de fonctionnement est de 300°C, donc la température élevée doit être maintenue avec un chauffage, et le matériau de l’électrode est un matériau dangereux, ce qui pose d’importants problèmes de sécurité.
D’autres nouvelles batteries, telles que les batteries à flux redox, dans lesquelles le réservoir d’électrolyte et la pile de cellules peuvent être installés séparément, font également leur apparition.