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Différents systèmes de batteries, quelles compositions chimiques sont les plus prometteuses

Différents systèmes de batteries, quelles compositions chimiques sont les plus prometteuses

Aug 19 , 2019
Découvrez les différents systèmes de batteries, explorez les tendances futures et découvrez quelles compositions chimiques sont les plus prometteuses.

Selon The Freedonia Group, une société de recherche industrielle basée à Cleveland, la demande mondiale de batteries primaires et secondaires devrait croître de 7,7 % par an, pour atteindre 120 milliards de dollars américains en 2019. La véritable croissance réside dans les batteries secondaires (rechargeables) et selon Frost & Sullivan, les batteries secondaires représentent 76,4 pour cent du marché mondial, un chiffre qui devrait atteindre 82,6 pour cent 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 pour cent du marché mondial et Frost & Sullivan prévoyait une baisse de 7,4 pour cent d'ici 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 appareils militaires dans le monde. combat.

Un aperçu des types de batteries

Les batteries sont classées par composition chimique et les plus courantes sont les systèmes à base de lithium, de plomb et de nickel. La figure 1 illustre la distribution de ces produits chimiques. Avec une part des revenus de 37 %, la batterie Li-ion est la batterie de choix pour les appareils portables et le groupe motopropulseur électrique. Aucun autre système ne menace aujourd’hui sa domination.


Figure 1 : Contributions aux revenus des différentes chimies de batteries
37 % Lithium-ion
20 % Plomb-acide, batterie de démarrage
15 % Alcaline, primaire
8 % Plomb-acide, stationnaire
6 % Zinc-carbone, primaire
5 % Plomb-acide, cycle profond
3 % Nickel-métal-hydrure
3 % Lithium, primaire
2% Nickel-cadmium
1% Autres
L’acide plomb s’impose comme une source d’énergie robuste et économique pour une utilisation en vrac. Même si le Li-ion fait une percée sur le marché du plomb-acide, la demande de 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 décharge profonde pour la mobilité sur roues (5 %) telles que les voitures de golf, les fauteuils roulants et les plateformes élévatrices à ciseaux. .


Une énergie spécifique élevée et un long stockage ont rendu les alcalins plus populaires que l'ancien carbone-zinc, inventé par Georges Leclanché en 1868. Le nickel-hydrure métallique (NiMH) continue de jouer un rôle important car il remplace les applications précédemment servies par le nickel-cadmium ( NiCd). Cependant, avec une part de marché de 3 pour cent et en baisse, NiMH devient un acteur mineur.

Une utilisation émergente des batteries est le groupe motopropulseur électrique pour le transport personnel. Le coût des batteries, leur 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 forte opposition, notamment en Amérique du Nord. Des incitations gouvernementales peuvent être nécessaires, mais une telle intervention fausse le véritable coût de l’énergie, masque les problèmes sous-jacents liés aux combustibles fossiles et propose à des groupes de pression sélectionnés des solutions à court terme.

Les nouveaux marchés qui stimulent encore la croissance des batteries sont ceux des vélos électriques et des systèmes de stockage d'énergie renouvelable, dont bénéficient les propriétaires, les entreprises et les pays en développement. Les grandes batteries de stockage en réseau collectent l'énergie excédentaire pendant les périodes d'activité élevée et comblent l'écart lorsque l'apport est faible ou lorsque la demande des utilisateurs est forte.

Progrès dans le domaine des batteries

Les batteries progressent sur deux fronts, se reflétant dans 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 ne renforce pas automatiquement l’autre et il y a souvent un compromis. La figure 2 illustre la relation entre l'énergie spécifique en Wh/kg et la puissance spécifique en W/kg.

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

Les qualités uniques du Li-métal incitent les fabricants à revisiter cette puissante chimie. Il est possible d'apprivoiser les dendrites et d'atteindre le niveau de sécurité souhaité en mélangeant du lithium métallique avec de l'étain et du silicium. Le graphène est également testé dans le cadre d’un séparateur amélioré. Le graphène est une fine couche de carbone pur d’une épaisseur d’un atome, liée dans un nid d’abeilles hexagonal. Des séparateurs multicouches empêchant la pénétration des dendrites ont également été essayés. Les nouvelles batteries expérimentales Li-métal atteignent 300 Wh/kg et le potentiel est bien plus élevé. Ceci présente un intérêt particulier pour le véhicule électrique.
Balises chaudes : Piles LiFePO4 Batterie lithium-ion Batterie aux ions lithium

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