Les batteries plomb-acide composées de plomb, d'oxyde de plomb et d'acide sulfurique constituent depuis longtemps la principale technologie de batterie électrochimique rechargeable et sont largement utilisées dans l'industrie automobile. L'expansion de la production d'énergie solaire et éolienne au cours des dernières années a créé un besoin de technologies de stockage d'énergie à grande échelle. Plusieurs progrès ont été réalisés dans les technologies de stockage électrochimique de l'énergie pour les applications stationnaires à l'échelle du réseau.

La batterie aluminium-air est une technologie peu coûteuse, légère et puissante. L'oxygène de l'air réagit avec l'aluminium pour créer une charge électrique qui génère de l'électricité utilisée pour alimenter les voitures particulières.

Certaines technologies de batteries électrochimiques de grande taille à l'échelle du réseau fonctionnent déjà à l'intérieur de conteneurs d'expédition. C'est le cas de la technologie israélienne des batteries aluminium-air, qui peut stocker 4 800 kWh et fournir une puissance constante de 240 kW (320 ch) dans un conteneur standard de 20 pieds. À poids et volume égaux, la batterie aluminium-air peut stocker plus d'énergie que les technologies de flux de vanadium, de métal liquide ou de zinc-brome-gel.

Principe de fonctionnement de la batterie à air en aluminium

La structure d'une batterie à courant continu se compose d'une anode et d'une cathode. L'anode représente généralement 70% du poids de la batterie, tandis que la cathode représente environ 5% du poids total. Les batteries aluminium-air sont constituées d'une anode en aluminium léger pur combinée à une cathode à air. La combinaison de la légèreté et de la chimie permet de fournir une densité énergétique trois fois supérieure à celle des batteries lithium-ion plus coûteuses.

Les piles à air en aluminium génèrent de l'hydroxyde d'aluminium, à savoir Al(OH)3 ou H3AlO3, pendant leur utilisation. Les batteries aluminium-air ne sont pas rechargeables, mais sont entièrement recyclables. Lorsque la batterie aluminium-air est épuisée, il existe diverses méthodes chimiques pour extraire l'aluminium pur de l'hydroxyde d'aluminium, ce qui permet le recyclage continu de la batterie aluminium-air.

Dans ce processus, la réaction chimique de la pile aluminium-air est similaire à celle de la pile zinc-air. La batterie aluminium-air utilise de l'aluminium Al de haute pureté (contenant 99,99% d'aluminium) comme électrode négative et de l'oxygène comme électrode positive, et utilise de l'hydroxyde de potassium (KOH) ou de l'hydroxyde de sodium (NaOH) en solution aqueuse comme électrolyte.

L'aluminium absorbe l'oxygène de l'air et une réaction chimique se produit lorsque la batterie est déchargée, et l'aluminium et l'oxygène sont transformés en oxyde d'aluminium.

Le coût et la recyclabilité des batteries à air en aluminium les rendent compétitives par rapport aux batteries lithium-ion, qui sont les plus répandues. meilleures piles rechargeables. La batterie d'air en aluminium des conteneurs groupés peut fonctionner avec un rendement stable pendant une période plus longue.

Dans les opérations offshore, les conteneurs de batteries doivent pouvoir être utilisés, installés et remplacés rapidement et facilement, ce qui permet d'utiliser des batteries d'air en aluminium pour les remorqueurs et les barges desservant les services intérieurs et côtiers.

Avantages et inconvénients de la batterie à air en aluminium

Les avantages de la batterie à air en aluminium se reflètent principalement dans les aspects suivants:

1. Énergie spécifique élevée, l'énergie spécifique théorique de la batterie aluminium-air peut atteindre 8100Wh/kg ;
2. Légère, la masse totale de la batterie aluminium-air, à énergie égale, ne représente que 12% de la masse de la batterie plomb-acide ;
3. Non toxiques et dangereux, ils peuvent être recyclés et utilisés ;
4. Les matières premières de l'aluminium sont abondantes.

Les inconvénients de la batterie à air en aluminium sont également évidents:

1. Il s'agit d'un dispositif à réaction chimique qui libère de l'énergie électrique. Il ne peut pas être rechargé plusieurs fois et l'électrode en aluminium doit être remplacée pour continuer à fonctionner ;
2. Bien que la batterie aluminium-air contienne une énergie spécifique élevée, sa puissance spécifique est faible ;
3. La vitesse de charge et de décharge est relativement lente, la tension est décalée et le taux d'autodécharge est relativement important ;
4. Un système de gestion thermique est nécessaire pour éviter la surchauffe de la batterie à air en aluminium pendant son fonctionnement.

La perspective d'une batterie à air en aluminium

Les batteries aluminium-air chinoises se développent actuellement très rapidement, mais il y a toujours des obstacles.

Tout d'abord, aucune percée n'a été réalisée dans les technologies clés. Des problèmes tels que la polarisation de l'électrode d'air et la précipitation de l'hydroxyde d'aluminium sont des obstacles importants qui affectent la commercialisation des batteries métal-air. L'amélioration des performances des batteries aluminium-air s'est heurtée à un goulot d'étranglement important, et elle est encore en laboratoire.

Deuxièmement, la Chine ne dispose pas encore des conditions nécessaires à la commercialisation des batteries aluminium-air. À l'heure actuelle, il y a relativement peu d'entreprises qui fabriquent des batteries aluminium-air en Chine, et ces entreprises ne peuvent pas du tout soutenir l'ensemble de la chaîne industrielle.

L'utilisation de batteries aluminium-air dans les voitures particulières n'est qu'un début. Comme les batteries aluminium-air peuvent générer d'énormes quantités d'énergie, cela ouvre la voie à un plus grand nombre d'utilisations. Les batteries aluminium-air bloc-batterie peut également être utilisée dans des secteurs tels que la marine, par exemple dans les porte-conteneurs et les navires de croisière, les équipements d'assistance au sol dans les aéroports et comme source d'énergie pour les micro-réseaux ruraux.

La batterie à air en aluminium peut également être utilisée pour le transport et l'alimentation des réseaux locaux, fournissant des services modernes pour les communications, les écoles et les installations médicales dans les zones reculées.

Résumé

Il s'agit pour l'instant d'une batterie non rechargeable. La tension de chaque pile est de 1,2 volt. Le principe consiste à utiliser l'oxygène de l'atmosphère pour produire de l'électricité par réaction chimique avec l'aluminium. Le niveau de densité énergétique extrêmement élevé du kg, après des tests réels, son efficacité énergétique équivalente a atteint 15%, ce qui équivaut à 13% des véhicules à moteur à combustion interne.

Cet avantage en a fait la première application dans le domaine militaire. Par exemple, certains compteurs qu'il n'est pas pratique de démonter et de remplacer fréquemment par la batterie, ou l'alimentation de secours d'un radar, utiliseront une batterie à air en aluminium.

Bien que les batteries aluminium-air possèdent de nombreuses propriétés intéressantes, il reste des problèmes à résoudre avant de pouvoir les utiliser à grande échelle et de les populariser. Par exemple, l'anode en aluminium pur est facilement corrodée par l'électrolyte, et l'alumine hydratée après la réaction des ions d'aluminium forme une substance gélatineuse qui réduit la puissance de sortie.

Le matériau idéal pour la cathode est encore à l'étude. Par exemple, des instituts de recherche scientifique italiens ont déposé des brevets pour des batteries aluminium-verre, ainsi que pour des batteries aluminium-soufre.