Différents Systèmes De Batterie,quels Sont Les Produits Chimiques Les Plus Prometteurs

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Différents systèmes de batterie, quels sont les produits chimiques les plus prometteurs

2019-08-19

Découvrez différents systèmes de batterie, explorez les tendances futures et découvrez les chimies les plus prometteuses.

Selon le Freedonia Group, une firme de recherche basée à Cleveland, la demande mondiale de piles primaires et secondaires devrait augmenter de 7,7% par an, pour atteindre 120 milliards de dollars américains en 2019. La croissance réelle concerne les piles secondaires (rechargeables) et selon Frost & amp; Sullivan, les batteries secondaires représentent 76,4% du marché mondial, chiffre qui devrait passer à 82,6% en 2015. La demande est tirée par les téléphones mobiles et les tablettes. Des estimations antérieures surestimaient la demande de véhicules électriques et les chiffres ont depuis été ajustés à la baisse.

En 2009, les piles primaires représentaient 23,6% du marché mondial et Frost & amp; Sullivan prédit une baisse de 7,4% d’ici à 2015. Les piles non rechargeables sont utilisées dans les montres, les clés électroniques, les télécommandes, les jouets, les lampes de poche, les balises et les dispositifs militaires au combat.

Un aperçu des types de batterie

Les batteries sont classées par chimie, les plus courantes étant les systèmes au lithium, au plomb et au nickel. La figure 1 illustre la distribution de ces produits chimiques. Avec une part de revenu de 37%, Li-ion est la batterie de choix pour les appareils portables et le groupe motopropulseur électrique. Il n'y a pas d'autres systèmes qui menacent sa domination aujourd'hui.

Figure 1: Contributions aux revenus de différentes chimies de batteries

37% Lithium-ion
20% d'acide de plomb, batterie de démarrage
15% alcalin, primaire
8% d'acide de plomb, stationnaire
6% de zinc-carbone, primaire
5% d'acide de plomb, cycle profond
3% de nickel-hydrure métallique
3% de lithium, primaire
2% nickel-cadmium
1% autres

Le plomb-acide est une source d'énergie robuste et économique pour une utilisation en vrac. Même si le Li-ion gagne du terrain sur le marché du plomb, la demande pour les batteries au plomb continue de croître. Les applications sont divisées en batteries de démarrage pour l'automobile, également connues sous le nom de SLI (20%), batteries stationnaires pour l'alimentation de secours (8%) et batteries à cycle profond pour la mobilité sur roues (5%) telles que les voitures de golf, les fauteuils roulants et les élévateurs à ciseaux. .

La haute énergie spécifique et le long stockage ont rendu les alcalins plus populaires que l’ancien carbone-zinc, inventé par Georges Leclanché en 1868. Le nickel-métal-hydrure (NiMH) continue de jouer un rôle important dans la mesure où il remplace les applications précédemment servies par le nickel-cadmium ( NiCd). Cependant, avec une part de marché de 3% et en déclin, le NiMH devient un acteur mineur.

Le groupe motopropulseur électrique utilisé pour le transport personnel est une utilisation émergente de la batterie. Le coût de la batterie, la longévité et les problèmes environnementaux dictent la rapidité avec laquelle le secteur automobile adoptera ce nouveau système de propulsion. Les combustibles fossiles sont bon marché, pratiques et facilement disponibles. les modes alternatifs se heurtent à une vive opposition, notamment en Amérique du Nord. Des incitations gouvernementales peuvent être nécessaires, mais une telle intervention fausse le coût réel de l'énergie, protège des problèmes sous-jacents liés aux combustibles fossiles et fournit des solutions à court terme à certains groupes de pression.

Les nouveaux marchés qui stimulent davantage la croissance de la batterie sont le vélo électrique et les systèmes de stockage pour les énergies renouvelables, dont bénéficient les propriétaires, les entreprises et les pays en développement. Les grandes batteries de stockage réseau collectent le surplus d'énergie pendant les périodes d'activité intense et comblent l'écart lorsque l'entrée est faible ou lorsque la demande de l'utilisateur est forte.

Progrès dans les batteries

Les batteries avancent sur deux fronts, reflétant une énergie spécifique accrue pour des durées de fonctionnement plus longues et une puissance spécifique améliorée pour les exigences de charge à courant élevé. L'amélioration d'une caractéristique d'une batterie peut ne pas renforcer automatiquement l'autre et il y a souvent un compromis. La figure 2 illustre la relation entre une énergie spécifique en Wh / kg et une puissance spécifique en W / kg.

La batterie au lithium-métal (Li-métal) secondaire est la batterie la plus performante en termes d’énergie spécifique et de puissance spécifique. Une première version avait été introduite dans les années 1980 par Moli Energy à l'époque, mais l'instabilité liée au lithium métallique sur l'anode avait provoqué un rappel en 1991. Le lithium solide tendait à former des filaments de métal, ou dendrites, qui provoquaient des courts-circuits. D'autres tentatives entreprises par d'autres sociétés pour résoudre ce problème ont abouti à l'arrêt des développements.

Les qualités uniques du Li-métal incitent les fabricants à revisiter cette chimie puissante. On peut maîtriser les dendrites et atteindre le niveau de sécurité souhaité en mélangeant du lithium métallique avec de l’étain et du silicium. Le graphène est également à l’essai dans le cadre d’un séparateur amélioré. Le graphène est une fine couche de carbone pur avec une épaisseur d'un atome liée ensemble dans un nid d'abeille hexagonal. Des séparateurs multicouches empêchant la pénétration de dendrite ont également été essayés. Les nouvelles batteries expérimentales en Li-métal atteignent 300Wh / kg et le potentiel est beaucoup plus élevé. Ceci est d'un intérêt particulier pour le véhicule électrique.

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