La batterie est le composant incontournable dans l’électrification d’une application stationnaire ou embarquée et permet de répondre à des besoins en énergie différents : par exemple un ordinateur ne remplit pas la même fonction qu’un véhicule électrique ou qu’une station de stockage d’énergie.
La technologie d’une batterie représente la structure électrochimique de celle-ci. Chaque technologie possède ses propres caractéristiques au niveau de la puissance, de la quantité d’énergie stockée et du nombre de cycles de charge-décharge.
Ainsi, une importance majeure doit être apportée au choix de la technologie de la batterie embarquée dans votre solution afin qu’elle soit la plus adaptée à vos besoins.
Technologie de batterie : les 3 chimies les plus utilisées
Depuis la conception des premiers accumulateurs jusqu’à aujourd’hui, on note que trois technologies sont les plus utilisées par les professionnels pour l’électrification de leurs solutions. Chacune d’entre elle présente des caractéristiques différentes et est adaptée à des besoins spécifiques.
Les batteries au plomb
Inventée en 1859, la batterie au plomb regroupe un ensemble d’accumulateurs au plomb-acide raccordés en série dans un même boîtier. Il existe également des batteries gel, des batteries au plomb dont l’acide a été remplacé par l’électrolyte gélifié.
Avantages :
- Moins couteuses par rapport au Lithium-ion ;
- Faciles à mettre en pratique (pas d’électronique notamment de Battery Management System).
Ces batteries sont majoritairement utilisées pour le stockage d’électricité et l’alimentation des composants électriques des véhicules à moteur à combustion interne, particulièrement le démarreur électrique. Lorsque le moteur fonctionne, elle est rechargée par une dynamo ou un alternateur.
Les batteries Nickel Hydrure métallique (Ni-MH)
La batterie Ni-MH est un assemblage d’accumulateurs rechargeables électriques fonctionnant avec de l’hydrure métallique et du nickel. Les accumulateurs ont une technologie à base de chimie d’hydrogène et d’oxydoréduction.
Avantages :
- Les batteries Ni-MH contiennent plus d’énergie que le plomb ou le NiCd (Nickel-Cadmium) ;
- Elles sont moins polluantes que le plomb et le Lithium-ion car elles contiennent uniquement des toxines douces ;
- Elles sont simples à stocker et à transporter car les conditions de transport ne sont pas soumises à un contrôle réglementaire.
Aujourd’hui, ces batteries sont le plus souvent utilisées comme batteries solaires pour des applications extérieures (éclairage solaire, surveillance etc) en raison de leur résistance aux températures extrêmes et de leur sécurité.
Les batteries Lithium-ion (Li-ion)
Avec de nettes évolutions depuis quelques années, les batteries Lithium-ion sont les plus utilisées pour l’électrification de diverses applications surtout dans le domaine de l’électromobilité. Leur fonctionnement est basé sur le passage d’ions Lithium de l’anode à la cathode pendant la décharge et l’inverse pendant la charge.
La technologie Lithium-ion regroupe plusieurs chimies qui se distinguent les unes des autres par leurs caractéristiques. Par exemple le Lithium Nickel-Manganèse-Cobalt (NMC) est compact et léger avec une forte puissance pour les solutions embarquées. Le Lithium Titanate (LTO) quant à lui a une meilleure durée de vie que la plupart des autres sous-catégories de Lithium (entre 5000 et 10000 cycles, voir plus).
Avantages :
- Une meilleure durée de vie que le plomb / Ni-Cd / Ni-MH ;
- Une haute densité d’énergie pour un poids très faible ;
- Aucun effet mémoire c’est à dire une chute de tension rendant la batterie hors d’usage quand la tension passe en dessous du seuil minium pour le bon fonctionnement de l’appareil ;
- Faible auto-décharge (<5% par mois).
Les batteries Lithium-ion conçues par Neogy® sont adaptées à plusieurs applications telles que :
- La mobilité électrique pour les vélos à assistance électrique ;
- L’agriculture pour les robots agricoles;
- La défense pour les drones de surveillance ;
- Mais aussi l’aéronautique, l’aérospatial, la défense etc.
Technologie de batterie : 2 évolutions qui pourraient révolutionner le marché actuel
Les batteries Sodium-ion (Na-ion)
En concurrence avec les batteries Lithium-ion au cours de ces dernières années, les batteries Sodium-ion fonctionnent techniquement comme toutes les autres de batteries. La différence majeure réside dans le fait que la composition chimique de la cathode ainsi que celle de l’anode intègre du sodium.
- Fonctionnement en décharge : une anode échange des ions sodium (Na+) contre des électrons (e-) lorsque le circuit se décharge. Plus la batterie possède d’ions positifs (Na+) pour compenser la charge négative des électrons (e-), plus longtemps elle sera en mesure de fournir de l’énergie :
Credits : Playhooky.fr
- Fonctionnement en recharge : Lors de la recharge d’une batterie Na-ion, les électrons (e-) circulent dans le sens inverse et les ions sodium (Na+) reprennent leurs positions initiales dans l’anode :
Credits : Playhooky.fr
Les batteries Sodium-ion sont toutes fabriquées pour un nombre de cycles de charge–décharge optimal. Aujourd’hui, la puissance d’une batterie Na-ion peut atteindre 1 à 5 kW/kg à la décharge contre 0,5 à 1kW/kg pour le Lithium-ion.
Avantages :
Les batteries Sodium-ion ne sont pas encore en mesure d’offrir une meilleure densité énergétique que le Lithium-ion, notamment pour des véhicules électriques, mais leur utilisation permettrait de combler plusieurs lacunes du Lithium-ion notamment :
- La rareté des matières premières : Il est possible de trouver 300 fois plus de Sodium sur terre que de Lithium. Une situation qui permet aux batteries Sodium-ion d’être 30 à 50% moins coûteuses que les batteries Lithium-ion ;
- La sécurité des batteries : Les batteries Na-ion chauffent moins que les batteries Li-ion par exemple. Elles sont donc moins exposées au risque d’emballement thermique.
En veille sur cette technologie électrochimique et afin de faire bénéficier à ses clients de ses performances, Neogy® est partenaire de Tiamat, fabricant français de cellules Sodium-ion, pour la conception de ses pack batteries.
Les batteries tout-solide (Solid state)
Les batteries tout-solide (solid state) apportent une réelle évolution technologique vis à vis du fonctionnement des batteries Lithium-ion actuelles. En effet, dans les batteries Lithium-ion, les ions se déplacent d’une électrode à une autre grâce à l’électrocyte liquide. En ce qu’il s’agit d’une batterie tout-solide, l’électrocyte liquide est remplacée par un élément solide qui permet la diffusion des ions Lithium.
Ce concept déjà existant depuis plusieurs années a récemment connu une évolution conséquente avec l’arrivée de nouvelles familles d’électrocytes solides présentant une conductivité ionique puissante similaire à celle des électrolytes liquides.
Avantages :
- Une meilleure sécurité des cellules et des batteries : les électrolytes solides, contrairement aux liquides, ne sont pas inflammables quand elles sont soumises à une forte chaleur. Les batteries tout-solide disposent donc d’une sécurité renforcée avec une meilleure gestion thermique ;
- Une innovation dans la conception des batteries : Les batteries tout-solide permettent l’utilisation de matériaux innovants disposant d’une haute tension et d’une haute capacité énergétique. Cela permet ainsi de concevoir des batteries plus denses, plus légères avec une durée de vie optimisée idéales pour une utilisation dans les véhicules électriques par exemple.
Toutes ces technologies ainsi que leurs évolutions entrainent des innovations constantes dans le secteur des batteries. De nouvelles technologies sont toujours en cours d’expérimentation et viendront compléter celles déjà utilisées afin de proposer les meilleures performances aux professionnels et leurs utilisateurs.
Chez Neogy®, chaque pack batterie est conçu sur-mesure en fonction des besoins client, une expertise rendue possible grâce à la diversité des compétences au sein de son centre de recherche et développement. La technologie électrochimique est sélectionnée pour répondre aux performances attendues par les professionnels notamment la puissance, la sécurité, la durée de vie ou la densité énergétique de leur pack batterie.
Découvrez comment nos packs batteries peuvent être adaptés à votre solution.
