Différents types de batteries ont des effets différents lorsqu’elles sont appliquées au stockage d’énergie. Le monde dépend de plus en plus des sources d’énergie renouvelables telles que l’énergie solaire et éolienne., et la demande de stockage d’énergie fiable augmente également. Donc, les types de batteries sont constamment inventés et étendus en conséquence.
Nous stockons l'énergie générée pendant les périodes de pointe pour l'utiliser pendant les périodes de demande de pointe ou lorsque les énergies renouvelables ne sont pas disponibles.. La méthode de stockage d’énergie consiste à stocker l’énergie électrique sous forme de courant continu (CC) grâce aux batteries de stockage d'énergie, qui doivent être convertis en courant alternatif (CA) à usage humain via stockage ou onduleurs solaires.
Donc, au cours des dernières années, l'industrie des batteries a fait des progrès significatifs, avec une technologie plus avancée et des prix plus économiques.
De nombreuses personnes préfèrent les solutions énergétiques intégrées, comme le stockage d'énergie solaire de GycxSolar, parce qu'il est facile à utiliser et offre de meilleures performances.
Dans cet article, nous étudierons les types de batteries les plus adaptés aux systèmes de stockage d'énergie et explorerons certains facteurs à prendre en compte lors de la sélection des batteries de stockage d'énergie.
Table des matières
Qu'est-ce que le stockage d'énergie?
Le stockage d'énergie est le processus de stockage d'énergie dans des appareils ou des systèmes spécifiques pour une utilisation continue selon les besoins.. Au sens large, Le stockage d'énergie fait référence au stockage de l'énergie sous une forme ou à sa conversion sous une autre forme via un support ou un appareil., puis le libérer via l'équipement en fonction des besoins futurs de l'application.
Le stockage d'énergie étroitement défini fait référence à une série de technologies et de mesures qui utilisent des méthodes chimiques ou physiques pour stocker l'énergie électrique générée par la production d'électricité et la restituer en cas de besoin..
Le stockage d'énergie aide les humains à économiser de l'énergie et à l'utiliser lorsque la demande augmente ou que l'énergie est interrompue.. Donc, le stockage d’énergie maintient toujours un équilibre entre l’offre et la demande des consommateurs, et évite des problèmes tels qu'une électricité instable et une hausse des coûts.
Parce que le processus de stockage d’énergie implique la conversion de différentes formes d’énergie, le stockage d'énergie peut aider à stocker l'énergie solaire, vent, et autres sources d'énergie renouvelables, rendre l’exploitation du stockage d’énergie de plus en plus importante.
Quels sont les différents types de stockage d'énergie?
D'après le schéma ci-joint, on voit qu'il existe différents types de stockage d'énergie. La sélection des types de stockage d'énergie peut être envisagée de manière globale en évaluant l'évolutivité, durée des cycles de charge et de décharge, frais de stockage, respect de l'environnement, et d'autres aspects. Il existe plusieurs types courants de stockage d’énergie sur le marché.
Stockage d'énergie mécanique
Cela implique l’utilisation de l’énergie thermique, énergie éolienne, énergie hydroélectrique, et certaines sources d'énergie renouvelables. Les systèmes mécaniques populaires incluent le stockage par pompage, compression de stockage d'énergie par volant d'inertie, et stockage de l'énergie de l'air.
Stockage électrochimique
Le stockage électrochimique de l’énergie implique différents types de systèmes de stockage d’énergie par batterie. Les batteries convertissent l'énergie chimique en énergie électrique. Les deux types les plus courants sont les piles rechargeables et les piles à flux.. Différents types de batteries ont leurs propres caractéristiques, et cet article traite principalement des piles rechargeables.
Comparaison de 9 types de batteries de stockage d'énergie
Suivant, vous verrez les avantages et les inconvénients de 9 types de batteries dans le domaine du stockage d'énergie. C'est le grand frère des batteries – batteries au plomb, le courant dominant populaire sur le marché – batteries lithium-ion, la cible populaire de recherche et développement – batteries sodium-ion, la nouvelle star accrocheuse des éléments lithium polymère – batteries au lithium-soufre, piles nickel-hydrogène, supercondensateurs, piles à combustible, batteries à flux, et batteries au lithium-oxyde de cobalt (LCO) dans les batteries au lithium-oxyde de cobalt.
① Batterie au plomb
Les batteries au plomb sont parmi les plus anciennes, le plus mature, et types de piles rechargeables largement utilisés, qui sont utilisés pour le stockage d’énergie depuis des décennies.
Les batteries au plomb vous sont peut-être familières car ce sont les batteries les plus populaires pour les véhicules..
Batteries au plomb sont généralement lourds et ont une durée de vie courte. Calculé sur la base d'une opération quotidienne de charge et de décharge, leur durée de vie typique est inférieure à trois ans. Mais son prix est le moins cher.
Les batteries au plomb disposent d'un système de recyclage complet et constituent également le type de batterie le plus mature dans le processus de recyclage.. Selon l'Association du stockage d'énergie, son taux de recyclage des matériaux dépasse 90%, et les batteries au plomb ordinaires sont fabriquées à partir de plus 80% matériaux recyclés, qui est également respectueux de l'environnement dans une certaine mesure. Et les batteries au plomb sont également plus sûres que certaines autres batteries chimiques car leurs ingrédients actifs ne sont pas inflammables..
Avantage:
- Les matières premières sont facilement disponibles
- Le prix et le coût sont relativement bas
- Une technologie mature et complète
- Bonne performance en température, peut travailler dans un environnement de -40 ℃ -60 ℃.
- Convient pour le chargement flottant, pas d'effet mémoire.
- Les piles usagées sont faciles à recycler et contribuent à protéger l’environnement.
Inconvénients:
- Faible densité énergétique (densité énergétique), généralement entre 30-40 Wh/kg.
- Durée de vie courte (300 à 500 cycles)
- Efficacité relativement faible (79-85%)
- Mauvaises performances à haute température
- Le processus de fabrication de ce type de batterie est très sujet à la pollution environnementale et doit être équipé de trois équipements de traitement des déchets.
Applications appropriées:
- Système de stockage d'énergie hors réseau
- Système d'alimentation de secours
- Applications nécessitant une faible densité de puissance/énergie
② Batterie lithium-ion
Après avoir compris les batteries au plomb Big Brother sur le marché des batteries, Jetons un coup d'œil au marché grand public actuel – batteries lithium-ion.
Parmi les 9 types de piles, les batteries au lithium dominent le marché, comptabilité 92% de la capacité installée mondiale de stockage électrochimique d’énergie et 90% du marché mondial du stockage sur batterie en réseau.
La technologie des batteries au lithium est actuellement la technologie de stockage d'énergie électrochimique la plus importante et la plus couramment utilisée., avec ses principales applications commerciales dans le stockage d'énergie et les produits électroniques grand public tels que les téléphones mobiles, ordinateurs portables, et véhicules électriques à nouvelles énergies. Selon le rapport sur la technologie de stockage d'énergie et les caractéristiques des coûts du ministère américain de l'Énergie, pour un système de stockage d'énergie de 4 heures, compte tenu du coût, performance, calendrier et cycle de vie, ainsi que la maturité technologique, batteries lithium-ion sont le meilleur choix.
Les principaux types de batteries lithium-ion utilisées pour le stockage d’énergie sont:
Phosphate de fer et de lithium (LFP)
Il est considéré comme le meilleur choix pour le stockage d’énergie fixe en raison de sa haute sécurité., longue durée de vie, et à faible coût.
Les batteries LFP sont moins sujettes à l'emballement thermique.
Oxyde de lithium, nickel, manganèse et cobalt (NMC)
Fournit une densité énergétique plus élevée que le LFP, mais avec un coût plus élevé et une stabilité thermique légèrement inférieure.
Titanate de lithium (LTO)
Il a une excellente densité de puissance et une excellente durée de vie (sur 10000 cycles), et faible densité énergétique, ce qui le rend adapté aux applications nécessitant des charges/décharges fréquentes.
Avantage:
- Vitesse de charge légère et rapide
- Longue durée de vie (2000-5000 cycles)
- Densité énergétique et densité de puissance élevées: La densité énergétique des batteries au lithium fer phosphate peut atteindre 210Wh/kg, et la densité énergétique des batteries au lithium ternaires a dépassé 300Wh/kg
- Efficacité de conversion énergétique élevée, jusqu'à 80-90%
- Temps de réponse rapide (sous seconde à seconde), pas d'effet mémoire
- Le taux d'autodécharge est relativement faible: l'ion Li entièrement chargé a un taux d'auto-décharge d'environ 3% après avoir été conservé à température ambiante pendant un mois, ce qui est bien inférieur au 25-30% de Ni Cd et le 30-35% de En MH
- Ne contient aucun élément de métaux lourds nocif pour le corps humain, vert et respectueux de l'environnement
Inconvénients:
- Le coût est plus élevé que les batteries au plomb et autres batteries
- Problèmes de sécurité (risque d'emballement thermique)
- Mauvaises performances à haute température
- La difficulté du recyclage est élevée, et le processus de recyclage est complexe
- Les réserves sont limitées, et la teneur en ressources de lithium de la croûte terrestre n’est que 0.0065%. Les ressources actuelles en lithium ne peuvent pas soutenir le développement vigoureux de l’industrie du stockage électrochimique d’énergie à l’avenir..
Applications appropriées:
- Véhicules électriques
- Stockage d'énergie (en particulier le stockage d'énergie solaire résidentiel/commercial)
- Stockage d'énergie à l'échelle du réseau
③ Batterie sodium-ion
Comme mentionné plus tôt, bien que les batteries au lithium soient actuellement dominantes sur le marché, les réserves de lithium sur Terre sont limitées.
Depuis son introduction dans 1991, les batteries au lithium ont dominé le domaine du stockage d'énergie. Cependant, la demande pour ce minéral a conduit à une pénurie de lithium, ainsi que les augmentations de prix et les retards qui en résultent, qui sont devenus importants.
Au cours des dernières années, diverses industries ont exploré des matières premières alternatives au lithium pour fabriquer des systèmes de stockage d'énergie. L'un des types de batteries les plus réalisables est batteries sodium-ion: l'abondance relative et le faible coût de ce minéral en font la prochaine révolution dans le stockage des énergies renouvelables.
Le sodium est un métal alcalin mou argenté très abondant dans la nature.. Une batterie sodium-ion est une batterie rechargeable qui utilise des ions sodium (Na+) pour charger.
Le principe de fonctionnement des batteries sodium-ion est similaire à celui des batteries lithium-ion, et leurs propriétés chimiques sont toutes deux alcalines. Cela signifie que de nombreuses réactions électrochimiques peuvent être appliquées à ce type de batterie., ou du moins considéré.
Dans le passé 20 années, 53% des activités de recherche en matière de brevets dans le domaine des batteries sodium-ion ont été menées en Chine, suivi du Japon (16%) et les États-Unis (13%). L'entreprise qui joue actuellement le rôle le plus important dans cette technologie est la société chinoise CATL..
Selon Bloomberg New Energy Finance, par 2030, les batteries sodium-ion peuvent expliquer 23% du marché du stockage d’énergie fixe, équivalent à plus 50 GWh de revenus du marché.
Avantage:
- Haute densité énergétique: La densité énergétique des batteries de stockage d'énergie au sodium peut atteindre 200Wh/kg
- Longue durée de vie, avec une durée de vie de plus de milliers de fois
- Des matières premières abondantes: Les batteries au sodium pour le stockage d'énergie utilisent des ions sodium, qui sont des éléments largement présents sur Terre.
- Faible coût, car comparé aux métaux rares comme le lithium, les ressources matérielles des batteries au sodium de stockage d'énergie sont plus abondantes et productives, le prix du sodium est donc relativement bon marché, ce qui est propice à la réduction du coût global des batteries
- Les ions sodium ne contiennent pas de métaux lourds qui polluent l'environnement et ont un impact relativement faible sur l'environnement
Inconvénients:
- Volume de batterie plus important: En raison de la plus grande taille des ions sodium, une plus grande surface d'électrode est nécessaire pour accueillir plus d'ions, ce qui entraîne un plus grand volume de batteries de stockage d'énergie au sodium avec certains besoins en espace.
- La stabilité est moyenne: en particulier dans les environnements complexes tels que les températures et les pressions élevées, les ions sodium sont sujets à des réactions instables, ce qui peut entraîner des problèmes de sécurité tels que la combustion et l'explosion de la batterie, et des recherches et développements supplémentaires sont nécessaires pour les résoudre.
- Application commerciale limitée: L'application commerciale des batteries de stockage d'énergie au sodium est relativement limitée, actuellement principalement utilisé pour les systèmes de stockage d'énergie à grande échelle et les besoins spécifiques de stockage d'énergie dans certains scénarios, comme le stockage de l'énergie solaire et éolienne.
④ Batterie nickel-hydrogène
Avantage:
- La densité énergétique pondérale est de 65Wh/kg, et la densité énergétique volumique a augmenté de 200Wh/L.
- Densité de puissance élevée, capable d'accepter des courants plus importants pendant les activités de charge et de décharge
- Bonnes performances de décharge à basse température
- Durée de vie élevée
- Respectueux de l'environnement et sans pollution
Inconvénients:
- Plage de température de fonctionnement normale -15-40 ℃, mauvaises performances à haute température
- Taux d'autodécharge élevé
- Faible tension de fonctionnement, plage de tension de fonctionnement 1,0-1,4 V
- Batterie nickel-hydrogène le prix est plus cher que les batteries au plomb, mais les performances sont pires que les batteries lithium-ion
- Donc, comme type de batterie pour le stockage d'énergie, ce n'est pas recommandé.
⑤ Supercondensateurs
Supercondensateurs, également appelés supercondensateurs ou condensateurs double couche, sont un système de stockage d'énergie qui a attiré l'attention des professionnels de l'industrie. Stocker l'énergie grâce à des charges électrostatiques.
Par rapport aux piles, les supercondensateurs ont une puissance plus élevée et peuvent être chargés et déchargés plus rapidement. Par rapport aux piles, leur énergie spécifique est relativement faible. Donc, l'utilisation la plus efficace des supercondensateurs est de fournir une très brève surtension pour l'approvisionnement en énergie. De ce point de vue, supercondensateurs ne sont actuellement pas adaptés au stockage d’énergie traditionnel.
Avantage:
- Densité de puissance élevée
- Temps de charge court
Inconvénients:
- Faible densité énergétique, seulement 1-10 Wh/kg
- La durée de vie de la batterie est trop courte
Voici une fiche technique pour les supercondensateurs et les batteries de stockage d'énergie ordinaires pour référence.
⑥ Pile à combustible
Il existe plusieurs types de piles à combustible, et leur particularité réside dans les diverses possibilités d'applications potentielles, chaque type fonctionnant légèrement différemment. Si l’hydrogène est utilisé comme carburant, les produits sont de l'électricité, eau, et de la chaleur, qui peut être utilisé pour produire de l’électricité propre et efficace.
Le principe de fonctionnement des piles à combustible est similaire à celui des batteries, mais ils n'épuisent pas leur énergie et ne nécessitent pas de recharge. Tant qu'il y a un approvisionnement en carburant, ils produiront de l'électricité et de la chaleur.
Avantage:
- Plus élevé que l'énergie
- Grande capacité individuelle
- Densité de puissance élevée
- Respectueux de l'environnement et sans pollution
Inconvénients:
- Le système est complexe et la maturité technique est faible
- Exigences élevées en dioxyde de soufre dans l'air
- Il est difficile de déterminer la qualité ou la supériorité de l’utilisation de différents carburants comme batteries de stockage d’énergie., car leur durée de vie varie
⑦ Batterie à flux
Batteries à flux Il s'agit d'une technologie de batterie relativement nouvelle qui devient de plus en plus populaire dans les applications de stockage d'énergie à grande échelle..
Il s'agit d'une batterie rechargeable dans laquelle l'électrolyte s'écoule d'un ou plusieurs réservoirs de stockage à travers une cellule électrochimique., stocker et libérer de l'énergie grâce à l'électrolyte liquide pompé par la batterie.
En même temps, la capacité de stockage peut être augmentée en augmentant la quantité d'électrolyte stockée dans le réservoir.
La séparation du niveau d'énergie et du niveau de puissance est une caractéristique de performance importante des systèmes de batteries à flux..
Les principaux types sont:
Batterie à flux de vanadium (VRFB)
Peut être complètement déchargé pendant une longue période sans dégradation des performances.
Convient au stockage à grande échelle dans le réseau électrique, mais cher en prix.
Batterie à flux au bromure de zinc
Il présente une densité énergétique élevée et de larges perspectives en termes de coût et de durée de vie..
Cependant, il y a encore place à l'amélioration de la disponibilité du matériel, technologie, et maturité de fabrication.
Avantage:
- Performances sûres et fiables (électrolyte ininflammable)
- Capacité de décharge profonde
- A un taux de décharge de charge élevé
- Durée de vie de la batterie lithium-ion: durée de vie jusqu'à 30 années
- Temps de réponse rapide: Commutation rapide entre la charge et la décharge, seulement 0.02 secondes;
Inconvénients:
- Faible densité de puissance
- Grande empreinte (réservoir de stockage d'électrolyte)
- Exigences de maintenance plus élevées
- Contamination croisée des électrolytes positifs et négatifs
- Certains nécessitent des membranes échangeuses d’ions coûteuses
- Les deux solutions ont des volumes plus importants et des énergies spécifiques plus faibles
- Faible efficacité de conversion énergétique (65-70%)
Applications appropriées:
Stockage d'énergie à grande échelle à long terme
Applications nécessitant une faible consommation d’énergie soutenue à long terme
⑧ Batterie au lithium-soufre
Batterie au lithium-soufre est une batterie rechargeable avec du lithium comme anode et du soufre comme cathode. Il appartient aux batteries au lithium, mais comme les ions sodium, le soufre est également abondant dans les réserves sur Terre et possède ses propres caractéristiques de haute qualité.
Il existe une introduction plus complète et détaillée à Batterie au lithium-soufre vs. Batterie au lithium-ion – Comment choisir dans cet article.
Avantage:
- Haute densité énergétique, la densité énergétique théorique peut atteindre 2600 Wh/kg;
- Faible coût
- Faible consommation d'énergie
Inconvénients：
- Les produits de réaction solides peuvent bloquer le contact entre l'électrolyte et l'air, affectant le processus de réaction
- La difficulté technique est élevée, et la mise en œuvre de la commercialisation est encore en cours de recherche.
⑨ Batterie au lithium-oxyde de cobalt(LCO, LiCoO2)
La batterie au lithium-oxyde de cobalt est également une batterie au lithium , dans 6 Types chimiques de batteries lithium-ion parmi lesquels vous pouvez choisir contient des informations détaillées sur la batterie au lithium et à l'oxyde de cobalt (LCO, LiCoO2) a été introduit dans l'article.
Avantage:
- Énergie spécifique élevée (densité énergétique)
- Convient aux petits appareils électroniques portables
Inconvénients:
- Il ne s'agit pas d'une batterie au lithium à longue durée de vie: a généralement une durée de vie de 500-1000 cycles
- Le prix du cobalt est assez cher et peu rentable.
- Faible stabilité thermique et risques potentiels pour la sécurité.
- Limitation de puissance spécifique: La puissance spécifique inférieure limite les performances de la batterie au lithium-oxyde de cobalt.
Basé sur les données actuelles du marché, LCO n’est pas un type de batterie particulièrement populaire.
Son choix comme l'un des types de batteries de stockage d'énergie envisagés est dû à des recherches telles que Le contrat de lanthanide construit de meilleures batteries LiCoO2 haute tension.
Lanthanide les éléments sont également très rares dans la nature, mais leur contribution aux batteries longue durée est difficile à ignorer.
Les réactions chimiques des batteries au lithium polymère peuvent compenser la rareté des éléments au lithium, et les différents types de batteries produites par les réactions de divers éléments donnent également au marché plus de choix et de vitalité.
En plus de se concentrer sur le marché grand public, il convient également de prêter attention au développement futur de l’industrie des batteries. On peut dire que les batteries au lithium, lanthane et oxyde de cobalt sont également un type de batterie auquel il convient de prêter attention..
Résumé
Comme on peut le voir, la sélection optimale de la batterie pour le stockage d'énergie prend en compte les exigences d'utilisation de base telles que la puissance spécifique, densité énergétique, coût, sécurité, et cycle de vie.
Les batteries lithium-ion ont de bonnes performances mais un coût élevé, tandis que les batteries au plomb ont un faible coût, mais leur solidité globale ne répond pas pleinement à la demande actuelle du marché du stockage d'énergie..
Le développement des batteries sodium-ion et des batteries lithium-polymère lanthanide LCO est également prometteur pour l'avenir..
GycxSolar propose des produits populaires sur le marché tels que des batteries au plomb et des batteries au lithium.. Bienvenue, n'hésitez pas à vous renseigner.
