DKSESS 100KW SYSTÈME D'ÉNERGIE SOLAIRE TOUT-EN-UN HORS RÉSEAU/HYBRIDE

Comparaison des batteries dans les systèmes de stockage d'énergie
Le stockage d'énergie par batterie est un stockage chimique. On distingue les batteries plomb-acide, lithium, nickel-hydrogène, vanadium, sodium-soufre et plomb-carbone, selon le type de batterie choisi.

1. Batterie au plomb
Les batteries au plomb-acide comprennent les batteries colloïdales et les batteries liquides (appelées batteries plomb-acide ordinaires). Ces deux types de batteries sont utilisés selon les régions. La batterie colloïdale offre une excellente résistance au froid et son rendement énergétique est bien supérieur à celui de la batterie liquide à des températures inférieures à 15 °C. De plus, son isolation thermique est excellente.

La batterie plomb-acide colloïdale est une amélioration par rapport à la batterie plomb-acide classique à électrolyte liquide. L'électrolyte colloïdal remplace l'électrolyte sulfurique, plus performant en termes de sécurité, de capacité de stockage, de performances de décharge et de durée de vie. L'électrolyte colloïdal est un électrolyte gélifié, sans liquide. À volume constant, l'électrolyte présente une grande capacité, une grande capacité thermique et une forte capacité de dissipation thermique, ce qui permet d'éviter l'emballement thermique des batteries classiques. La faible concentration en électrolyte limite la corrosion des plaques d'électrodes. La concentration est uniforme et il n'y a pas de stratification de l'électrolyte.

Une batterie plomb-acide ordinaire est une batterie dont l'électrode est principalement composée de plomb et de son oxyde, et dont l'électrolyte est une solution d'acide sulfurique. À l'état de décharge, le dioxyde de plomb constitue l'électrode positive et le plomb l'électrode négative. À l'état de charge, le sulfate de plomb constitue les principaux composants des électrodes positive et négative. La tension nominale d'une batterie plomb-acide monocellulaire est de 2,0 V, avec une décharge à 1,5 V et une charge à 2,4 V. En pratique, six batteries plomb-acide monocellulaires sont souvent utilisées en série pour former une batterie plomb-acide de 12 V, ainsi que des batteries de 24 V, 36 V, 48 V, etc.

Ses principaux avantages sont : une étanchéité sûre, un système de libération d'air, un entretien simple, une longue durée de vie, une qualité stable, une fiabilité élevée et aucun entretien ; l'inconvénient est que la pollution au plomb est importante et que la densité énergétique est faible (c'est-à-dire trop lourde).

2. Batterie au lithium
Une « batterie au lithium » est une batterie dont la cathode est en lithium métal ou alliage de lithium et dont l'électrolyte est non aqueux. Elle se divise en deux catégories : les batteries au lithium métal et les batteries lithium-ion.

Les batteries lithium métal utilisent généralement du dioxyde de manganèse comme matériau cathodique, du lithium métal ou un alliage métallique comme matériau cathodique, et une solution électrolytique non aqueuse. Les batteries lithium-ion utilisent généralement des oxydes métalliques d'alliage de lithium comme matériaux cathodiques, du graphite comme matériaux cathodiques et des électrolytes non aqueux. Les batteries lithium-ion ne contiennent pas de lithium métallique et sont rechargeables. La batterie lithium-ion utilisée pour le stockage d'énergie est une batterie lithium-ion, appelée « batterie lithium ».

Les batteries au lithium utilisées dans les systèmes de stockage d'énergie comprennent principalement : les batteries lithium-fer-phosphate, les batteries lithium-ternaire et les batteries lithium-manganate. Chaque batterie offre une tension élevée, une large plage de températures de fonctionnement, une énergie massique et un rendement élevés, ainsi qu'un faible taux d'autodécharge. L'utilisation de circuits de protection et d'égalisation permet d'améliorer la sécurité et la durée de vie. Par conséquent, compte tenu des avantages et des inconvénients des différentes batteries, les batteries au lithium sont devenues le choix privilégié pour les centrales de stockage d'énergie, en raison de leur chaîne industrielle relativement mature, de leur sécurité, de leur fiabilité et de leur respect de l'environnement.

Ses principaux avantages sont : une longue durée de vie, une densité d'énergie de stockage élevée, un poids léger et une forte adaptabilité ; les inconvénients sont une faible sécurité, une explosion facile, un coût élevé et des conditions d'utilisation limitées.

Phosphate de fer et de lithium
La batterie lithium-fer-phosphate est une batterie lithium-ion utilisant du phosphate de lithium-fer comme matériau cathodique. Les principaux matériaux cathodiques des batteries lithium-ion sont le cobalate de lithium, le manganate de lithium, l'oxyde de lithium-nickel, des matériaux ternaires, le phosphate de lithium-fer, etc. Le cobalate de lithium est le matériau cathodique utilisé par la plupart des batteries lithium-ion.

Le lithium fer phosphate n'est apparu comme matériau pour les batteries au lithium que récemment. C'est en 2005 qu'une batterie lithium fer phosphate de grande capacité a été développée en Chine. Ses performances de sécurité et sa durée de vie sont incomparables avec celles d'autres matériaux. La durée de vie en charge et décharge 1C atteint 2 000 cycles. La tension de surcharge d'une batterie est de 30 V, ce qui lui permet de résister aux brûlures et aux perforations, tout en préservant son explosivité. Les batteries lithium-ion de grande capacité, fabriquées avec des cathodes en lithium fer phosphate, sont plus faciles à utiliser en série pour répondre aux besoins de charge et de décharge fréquentes des véhicules électriques.

Le lithium fer phosphate est une matière première non toxique, non polluante, sûre, largement disponible, économique et durable, qui présente de nombreux avantages. C'est un matériau de cathode idéal pour les batteries lithium-ion de nouvelle génération. Cependant, les batteries lithium-ion fer phosphate présentent également des inconvénients. Par exemple, leur faible densité de compactage et leur volume, à capacité égale, supérieur à celui des batteries lithium-ion telles que le lithium cobalate, ne présentent aucun avantage pour les micro-batteries.

En raison des caractéristiques intrinsèques du phosphate de fer et de lithium, ses performances à basse température sont inférieures à celles d'autres matériaux cathodiques comme le manganate de lithium. En général, pour une seule cellule (à noter qu'il s'agit d'une seule cellule et non d'une batterie), les performances mesurées à basse température de la batterie peuvent être légèrement supérieures.

Ceci est lié aux conditions de dissipation thermique. Son taux de rétention de capacité est d'environ 60 à 70 % à 0 °C, 40 à 55 % à -10 °C et 20 à 40 % à -20 °C. De telles performances à basse température ne répondent évidemment pas aux exigences d'utilisation de l'alimentation électrique. Actuellement, certains fabricants ont amélioré les performances à basse température du phosphate de fer lithium en améliorant le système électrolytique, la formule de l'électrode positive, les performances des matériaux et la conception de la structure cellulaire.

Batterie au lithium ternaire
La batterie lithium-polymère ternaire est une batterie lithium-polymère dont la cathode est en lithium-nickel-cobalt-manganate (Li (NiCoMn) O2). Ce matériau composite est composé de sels de nickel, de cobalt et de manganèse. La proportion de nickel, de cobalt et de manganèse dans la batterie lithium-polymère ternaire peut être ajustée en fonction des besoins. La batterie à cathode ternaire offre une sécurité élevée par rapport à la batterie lithium-cobalt, mais sa tension est trop faible.

Ses principaux avantages sont : une bonne performance de cycle ; l'inconvénient est que son utilisation est limitée. Cependant, en raison du durcissement des politiques nationales sur les batteries au lithium ternaire, le développement de ces dernières tend à ralentir.

Batterie au lithium manganate
Les batteries au lithium-manganate sont l'un des matériaux de cathode lithium-ion les plus prometteurs. Comparé aux matériaux de cathode traditionnels comme le cobalate de lithium, le manganate de lithium présente les avantages suivants : richesse en ressources, faible coût, absence de pollution, sécurité élevée, bonnes performances de multiplication, etc. C'est un matériau de cathode idéal pour les batteries d'énergie. Cependant, ses faibles performances de cycle et sa faible stabilité électrochimique limitent considérablement son industrialisation. Le manganate de lithium comprend principalement le manganate de lithium spinelle et le manganate de lithium feuilleté. Le manganate de lithium spinelle présente une structure stable et est facile à produire industriellement. Les produits actuellement commercialisés présentent tous cette structure. Le manganate de lithium spinelle appartient au système cristallin cubique, groupe spatial Fd3m, et sa capacité spécifique théorique est de 148 mAh/g. Grâce à sa structure tunnel tridimensionnelle, les ions lithium peuvent être désintégrés de manière réversible du réseau spinelle sans provoquer d'effondrement de la structure, ce qui lui confère d'excellentes performances de grossissement et une excellente stabilité.

3. Batterie NiMH
La batterie NiMH est une batterie performante. Son principe actif positif est le Ni(OH)2 (électrode NiO), son principe actif négatif est un hydrure métallique, également appelé alliage de stockage d'hydrogène (électrode de stockage d'hydrogène), et son électrolyte est une solution d'hydroxyde de potassium à 6 mol/L.

La batterie nickel-hydrure métallique est divisée en batterie nickel-hydrure métallique haute tension et batterie nickel-hydrure métallique basse tension.

La batterie nickel-hydrure métallique basse tension présente les caractéristiques suivantes : (1) La tension de la batterie est de 1,2 à 1,3 V, ce qui équivaut à une batterie nickel-cadmium ; (2) Densité énergétique élevée, plus de 1,5 fois celle d'une batterie nickel-cadmium ; (3) Charge et décharge rapides, bonnes performances à basse température ; (4) Scellable, forte résistance aux surcharges et aux décharges ; (5) Aucune génération de cristaux dendritiques, ce qui peut empêcher les courts-circuits dans la batterie ; (6) Sûr et fiable, aucune pollution de l'environnement, aucun effet mémoire, etc.

La batterie nickel-hydrogène haute tension présente les caractéristiques suivantes : (1) Grande fiabilité. Elle offre une excellente protection contre les décharges et les surcharges, supporte des taux de charge et de décharge élevés et ne présente aucune formation de dendrites. Elle possède de bonnes propriétés spécifiques. Sa capacité massique spécifique est de 60 A·h/kg, soit cinq fois celle d'une batterie nickel-cadmium. (2) Longue durée de vie, pouvant atteindre des milliers de cycles. (3) Entièrement étanche, elle nécessite peu d'entretien. (4) Excellentes performances à basse température, avec une capacité stable à -10 °C.

Les principaux avantages de la batterie NiMH sont : une densité énergétique élevée, une vitesse de charge et de décharge rapide, un poids léger, une longue durée de vie, aucune pollution de l'environnement ; Les inconvénients sont un léger effet mémoire, davantage de problèmes de gestion et une facilité de formation de la fusion d'un seul séparateur de batterie.

4. Cellule d'écoulement
La batterie à flux liquide est un nouveau type de batterie. Haute performance, elle utilise des électrolytes positifs et négatifs pour séparer et circuler séparément. Elle se caractérise par une grande capacité, un large champ d'application (environnement) et une longue durée de vie. C'est un nouveau produit énergétique.

La batterie à flux liquide est généralement utilisée dans le système de centrale électrique de stockage d'énergie, qui se compose d'une unité de pile, d'une solution d'électrolyte et d'une unité de stockage et d'alimentation en solution d'électrolyte, d'une unité de contrôle et de gestion, etc. Le noyau est composé d'une pile et (la pile est composée de dizaines de cellules pour la réaction d'oxydoréduction) et d'une seule cellule pour la charge et la décharge selon des exigences spécifiques en série, et sa structure est similaire à celle d'une pile à combustible.

La batterie à flux de vanadium est un nouveau type d'équipement de stockage d'énergie. Elle peut non seulement servir de dispositif de stockage d'énergie auxiliaire pour la production d'énergie solaire et éolienne, mais aussi servir à l'écrêtement des pointes de consommation du réseau électrique afin d'en améliorer la stabilité et la sécurité. Ses principaux avantages sont : une configuration flexible, une longue durée de vie, des temps de réponse rapides et l'absence d'émissions nocives. Son inconvénient réside dans ses fortes variations de densité énergétique.

5. Batterie au sodium-soufre
La batterie sodium-soufre est composée d'un pôle positif, d'un pôle négatif, d'un électrolyte, d'une membrane et d'une enveloppe. Contrairement aux batteries secondaires classiques (plomb-acide, nickel-cadmium, etc.), elle est composée d'une électrode fondue et d'un électrolyte solide. La substance active du pôle négatif est du sodium métallique fondu, tandis que celle du pôle positif est du soufre liquide et du polysulfure de sodium fondu. La batterie secondaire utilise du sodium métallique comme électrode négative, du soufre comme électrode positive et un tube céramique comme séparateur d'électrolyte. Sous un certain degré de fonctionnement, les ions sodium peuvent réagir de manière réversible avec le soufre à travers la membrane électrolytique pour libérer et stocker de l'énergie.

En tant que nouveau type de source d'énergie chimique, ce type de batterie a connu un développement considérable depuis son apparition. Compacte, elle offre une grande capacité, une longue durée de vie et un rendement élevé. Elle est largement utilisée pour le stockage d'énergie électrique, notamment pour l'écrêtement des pointes et le comblement des creux, l'alimentation de secours et la production d'énergie éolienne.

Ses principaux avantages sont les suivants : 1) Elle possède une énergie spécifique plus élevée (c'est-à-dire l'énergie électrique effective par unité de masse ou de volume de la batterie). Son énergie spécifique théorique est de 760 Wh/kg, ce qui dépasse en réalité 150 Wh/kg, soit 3 à 4 fois celle d'une batterie au plomb. 2) Elle peut également se décharger avec un courant et une puissance importants. Sa densité de courant de décharge peut généralement atteindre 200 à 300 mA/cm², et elle peut libérer trois fois son énergie intrinsèque en un instant ; 3) Haute efficacité de charge et de décharge.

La batterie sodium-soufre présente également des inconvénients. Sa température de fonctionnement est de 300 à 350 °C, ce qui nécessite un chauffage et un maintien à température constants pendant son fonctionnement. Cependant, ce problème peut être résolu efficacement grâce à une technologie d'isolation thermique sous vide haute performance.

6. Batterie plomb-carbone
La batterie plomb-carbone est une batterie plomb-acide capacitive, issue d'une technologie dérivée de la batterie plomb-acide traditionnelle. Elle permet d'améliorer considérablement la durée de vie de la batterie plomb-acide grâce à l'ajout de charbon actif au pôle négatif.

La batterie plomb-carbone est un nouveau type de superbatterie combinant la batterie plomb-acide et le supercondensateur. Elle exploite non seulement les avantages de la charge instantanée à grande capacité du supercondensateur, mais aussi l'avantage énergétique spécifique de la batterie plomb-acide. Elle offre d'excellentes performances de charge et de décharge : une charge complète en 90 minutes (une batterie plomb-acide ainsi chargée et déchargée a une durée de vie inférieure à 30 fois). De plus, l'ajout de carbone (graphène) prévient le phénomène de sulfatation de l'électrode négative, ce qui améliore un facteur de défaillance antérieur et prolonge la durée de vie de la batterie.

La batterie plomb-carbone est un mélange de supercondensateur asymétrique et de batterie plomb-acide, avec un montage interne en parallèle. Nouveau type de superbatterie, la batterie plomb-carbone combine les technologies de la batterie plomb-acide et du supercondensateur. Il s'agit d'une batterie de stockage d'énergie à double fonction, combinant des caractéristiques capacitives et des caractéristiques de batterie. Ainsi, elle exploite pleinement les avantages de la charge instantanée des supercondensateurs à grande capacité, ainsi que ceux des batteries plomb-acide, qui peuvent être entièrement chargées en une heure. Ses performances de charge et de décharge sont excellentes. Grâce à la technologie plomb-carbone, ses performances sont bien supérieures à celles des batteries plomb-acide traditionnelles, ce qui permet son utilisation dans les véhicules à énergies nouvelles, tels que les véhicules hybrides électriques, les vélos électriques et d'autres domaines. Elle peut également être utilisée dans le domaine du stockage d'énergie, comme la production d'énergie éolienne et le stockage d'énergie.