Quand on passe d’un moteur thermique à une chaine de traction électrique, il n’est plus possible de raisonner uniquement en puissance à délivrer.
Dès lors que l’on touche au domaine des moteurs électriques, il est nécessaire de prendre en compte l’énergie et/ou le temps pendant lequel la chaine de traction doit pouvoir délivrer cette puissance :
- Pour des durées inférieures à 100 ms environ, les condensateurs chimiques sont adaptés
- Les supercondensateurs sont adaptés pour les durées de quelques secondes (5 à 10 secondes maximum) ;
- De 10 secondes à 1 minute, ce sont souvent les batteries lithium-ion forte puissance qui sont les plus rentables. De nouvelles technologies voient le jour sur ce créneau (LiCap = supercapacité au lithium) mais elles restent encore trop chère pour être compétitves.
- De quelques minutes jusqu’à quelques heures (<12h ; variable suivant l’application), les accumulateurs électrochimiques sont adaptés
- Pour un long temps d’utilisation continue, un groupe électrogène thermique ou à pile à combustible peut-être pertinent.
Pour répondre aux besoins d’une application, le dispositif de stockage doit être capable de délivrer à tout instant la puissance demandée et permettre de fournir la totalité de l’énergie nécessaire pour l’application. Les deux critères de choix d’un système de stockage sont donc prioritairement la puissance maximale et l’énergie à stocker. On retrouve donc le critère temporel indiqué ci-dessus puisque l’énergie est l’intégrale de la puissance au cours du temps.
Le diagramme de Ragone permet de situer les différentes technologies de stockages selon les axes densité massique d’énergie, densité massique de puissance.
Diagramme de Ragone pour différentes technologies de stockage – Source : Research Gare, Giuseppe Graber, Università degli Studi di Salerno
Les technologies Lithium-ions prennent l’avantage
On notera la très grande plage d’utilisation couverte par les technologies lithium-ions : une densité de puissance quasiment équivalente aux meilleures supercapacités et la meilleure densité d’énergie du marché. Nous verrons dans la prochaine TechLetter WattAlps que sous la terminologie « lithium-ions » se cache un grand nombre de technologies et de modes de réalisation différents, qui adressent chacune des applications précises. Il n’existe donc pas une technologie qui réponde à l’ensemble des applications et le choix de la technologie appropriée est toujours une affaire de compromis entre performance, sécurité, coûts, durée de vie et résistance aux contraintes environnementales (notamment climatiques).
De nombreux projets ont mixé différents types de stockage pour tenter de bénéficier de l’énergie d’une batterie lithium haute énergie tout en ayant la puissance d’une supercapacité. Très peu de ces projets ont vu le jour en série du fait du coût et de la complexité ajouté par ces systèmes. Certaines batteries de démarrage automobile utilisent une batterie Plomb combinée avec des supercapacités, mais ce système a tendance à être remplacé par une batterie lithium très forte puissance (voir http://uyilo.org.za/uyilo/media/Store/documents/2-2-Schweiger-12-V-Lithium-Ion-Starter-Batteries.pdf ).
Histoire de la batterie et fonctionnement du Lithuim – Source : Collège de France
Très régulièrement, de nouvelles découvertes scientifiques font l’écho de développement de matériaux révolutionnaires permettant d’augmenter significativement les performances des batteries (recharge en 5 mn, durée de vie exceptionnelle, énergie multipliée par 10…). Il convient de regarder ces avancées pour ce qu’elles sont : des découvertes scientifiques. Comme on le voit dans le graphique ci-dessous, l’évolution des technologies de batterie est lente. À titre d’exemple, la technologie phare du moment a été commercialisée pour la première fois en 1990 et inventée en 1978 (source : Jean-Marie Tarascon, Collège de France).
Pour aller plus loin :
Histoire de la batterie et fonctionnement du lithium-ion – didactique – http://gvallver.perso.univ-pau.fr/doc/BatterieLiion.pdf
Pour aller encore plus loin :
Histoire de la batterie et fonctionnement du lithium-ion – scientifique – https://www.college-de-france.fr/media/jean-marie-tarascon/UPL51353_courshistoirefinal_Tarascon.pdf (surtout à partir de la page 28 pour les technologies lithium-ions).