L’électrochimie dans une batterie : un choix stratégique

électrochimie des batteries

1859, c’est le début des batteries, et la création du premier accumulateur plomb-acide par Gaston Plante. Réutilisé par la suite dans le milieu automobile, la technologie plomb-acide a laissé les différentes technologies des batteries s’élargir avec l’arrivée du nickel, puis le lithium, et aujourd’hui le sodium.

Chaque technologie de batterie possède ses propres propriétés et peut être utilisée pour diverses applications en fonction de divers facteurs, comme la puissance et la durée de vie souhaitée, mais aussi le climat, le poids embarqué etc…

L’historique de l’électrochimie

  • Plomb : Le plomb et ses dérivés (plomb-gel) est la première technologie de batterie et elle est encore largement présente dans le secteur automobile et industriel. La raison ? Elle est économique, sa puissance est correcte, elle est facilement disponible et utilisable. Ses inconvénients sont une durée de vie plutôt faible et elle est polluante. Les batteries plomb sont assez lourdes et disposent d’un effet mémoire. Il ne faut donc pas trop les décharger (pas plus que 30% de sa capacité totale), de peur de réduire leur capacité et leur durée de vie.
  • Nickel Cadmium (NiCd) : 2 fois plus légère que le plomb, cette technologie est également économique. Flexible en termes de format, elle possède une durée de vie plus importante. Néanmoins quand elles ne sont pas utilisées, les batteries NiCd ont tendance à facilement se décharger et demeurent très polluantes.
  • Nickel métal Hydrure (Ni-MH) : Aussi légère que le NiCd, cette électrochimie est devenue incontournable pour des applications solaires extérieures, elle est de plus en plus utilisée pour l’éclairage solaire dans les pays chauds. Elle est reconnue pour sa bonne tenue aux températures, sa sécurité et sa facilité de transport. Beaucoup moins polluante que le NiCd elle se décharge facilement en stockage.

Les électrochimies lithium

De manière générale, le lithium est mieux optimisé en termes d’énergie et de puissance que les technologies historiques citées précédemment.

Le lithium est en train de révolutionner l’électromobilité et le stockage d’énergie embarqué, allant des trottinettes aux voitures électriques ou les petits appareils électroniques comme le téléphone portable. Le stockage d’énergie stationnaire est lui aussi en phase de développement car le coût de l’énergie augmente, et la généralisation du Lithium permet d’atteindre des prix tout à fait compétitifs pour l’utilisateur.

Il existe beaucoup de technologies Lithium : NMC, LiPo, LFP, NCA, LMO, LTO, etc. Chacune possède ses avantages et ses inconvénients. Pour avoir davantage d’informations sur les différentes électrochimies de batteries au lithium, n’hésitez pas à consulter notre article plus détaillé à ce propos.

Quelles seront les électrochimies de demain ?

  • Sodium ion : De plus en plus étudiée, cette technologie a l’avantage d’être plus économique que le lithium, plus durable et tout aussi puissante. Certains obstacles sont encore à améliorer comme son endurance ou sa densité énergétique.
  • Vanadium : Connu depuis les années 1980, la technologie à base de vanadium présente les avantages d’être puissante avec une bonne durée de vie et une flexibilité des formats. Cette électrochimie est néanmoins très complexe à maîtriser et encore trop corrosive pour être majoritairement utilisé comme le lithium.
  • Autres : D’autres électrochimies sont encore en cours de développement comme le Quinone, une forme améliorée du vanadium qui supprime ces problèmes de corrosion. Il y a aussi le Sodium chlorure de nickel, puissant mais complexe dans la gestion et la maîtrise. Notons également le graphène qui est prometteuse en termes de performance, durée de vie et sécurité.
Technologie
Puissance
Prix
Nombre de cycles
Densité d'énergie
Sécurité
Durabilité
Poids
Plomb
++
+++
200-400
++
+
+
+
NiCd
+
+++
1000
++
++
+
++
Ni-MH
++
+++
2000-10000
++
++
++
++
NMC
+++
++
300-800
++
+
+
+++
Sodium-ion
+++
+
4000
+
++
+++
+++
Vanadium
+++
+++
300
+
++
+
+++
Graphène
+++
++
1500
++
+++
+++
+++

En bref, il existe de nombreuses technologies de batteries. Toutes ont des avantages et des inconvénients, et par conséquent leurs domaines d’application privilégiés. Des recherches électrochimiques sont en cours pour allier durée de vie, performance et sécurité. Pour le moment, les électrochimies, même les plus performantes, ont besoin d’être sécurisées grâce à l’utilisation d’un BMS (Battery Management System).

Chez BMS PowerSafe, nous nous efforçons depuis 20 ans de personnaliser nos BMS en fonction de vos choix de cellules électrochimiques et en mettant l’accent sur la sécurité et la performance.