La batterie aqueuse présente-t-elle un avantage concurrentiel ?
Sur le marché mondial actuel des nouvelles énergies, les batteries au lithium, qui sont largement utilisées, ont une chaîne industrielle complète, et il est nécessaire de garantir la stabilité et la sécurité de la chaîne d'approvisionnement en matériaux pour batteries au lithium. À l'heure actuelle, CATL, l'entreprise leader dans le secteur des batteries au lithium, a mis en place une chaîne industrielle complète. les 10 premiers fabricants de batteries lithium-ion en Chine, a érigé des barrières concurrentielles dans ce secteur grâce à ses propres mines de lithium et par le biais de fusions et d'acquisitions, d'entreprises communes et d'accords à long terme.
Avec l'ajustement continu du développement de l'industrie chinoise des batteries pour les nouvelles énergies, cette industrie comprend la production de batteries d'énergie et les industries d'application, telles que les batteries pour les véhicules électriques et les batteries pour les véhicules hybrides. batterie de moto.
Outre les piles au lithium, il existe de nombreux types de batteries pour les nouvelles énergies qui se développent constamment, notamment batterie aqueuse. Cet article présente les avantages et les inconvénients des batteries aqueuses et analyse si ces dernières présentent un avantage concurrentiel sur le marché par rapport aux batteries lithium-ion.
Qu'est-ce qu'une pile aqueuse ?
Une batterie aqueuse est une batterie secondaire qui utilise l'eau comme électrolyte. Par rapport aux batteries à électrolyte organique, les batteries aqueuses présentent les avantages d'une grande sécurité, d'un respect de l'environnement et d'une conductivité ionique élevée.
D'où l'intérêt croissant pour les batteries aqueuses dans la recherche de solutions de stockage d'énergie plus fiables et plus abordables. Les batteries aqueuses commerciales actuelles sont utilisées dans les domaines du transport et du stockage de l'énergie, mais elles ne peuvent pas atteindre la densité énergétique et la durée de vie requises. Cette contrainte va changer avec la découverte de nouveaux systèmes de matériaux et le développement de stratégies de conception de batteries.
Avantages et inconvénients de la batterie aqueuse
Les batteries aqueuses sont généralement considérées comme sûres, fiables et abordables, un avantage par rapport aux batteries lithium-ion, qui ne prennent pas feu lorsqu'elles utilisent des solvants organiques inflammables dans leurs solutions électrolytiques. Les batteries aqueuses conventionnelles utilisent des électrolytes qui contiennent généralement plus de 70% d'eau en poids et sont donc généralement ininflammables.
Avantage
Faible coût： L'argument en faveur du faible coût des batteries aqueuses repose sur au moins trois facteurs : des matières premières bon marché, des exigences minimales en matière d'environnement de fabrication et une demande limitée en matière de systèmes de gestion et de protection des batteries.
Sécurité et fiabilité： Bien qu'une batterie aqueuse ne prenne pas feu, elle reste vulnérable aux mauvaises manipulations et peut subir des événements catastrophiques tels que des explosions. La surcharge est une opération incorrecte qui décompose l'électrolyte de manière irréversible et dégrade les performances de la batterie ;
Cinétique rapide : En raison de la dissociation élevée des ions et de la faible viscosité, les solutions électrolytiques aqueuses sont généralement plus conductrices que les solutions électrolytiques non aqueuses dans des conditions équivalentes.
Inconvénients
Fenêtre de stabilité électrochimique étroite : L'eau possède une étroite fenêtre de stabilité électrochimique thermodynamique de 1,23 V, au-delà de laquelle l'eau est oxydée anodiquement en oxygène.
Agressivité des solutions aqueuses : La polarité élevée et la forte capacité de coordination de l'eau en font un excellent solvant pour la dissolution et la dissociation. Ces propriétés font de l'eau un bon ingrédient pour les électrolytes, mais un problème pour de nombreux composants de batteries.
Batterie au lithium-ion ou batterie aqueuse
Les batteries lithium-ion les plus courantes sont les batteries au phosphate de fer-lithium et les batteries au phosphate de fer-lithium. pile ternaire au lithiumqui présentent les avantages d'une densité énergétique élevée, d'une petite taille, d'un poids léger et d'une longue durée de vie. Cependant, le lithium est un métal très actif qui peut réagir immédiatement lorsqu'il rencontre une très petite quantité d'eau. Les batteries lithium-ion ne peuvent généralement être produites que dans des salles sèches strictement contrôlées ;
Les piles au lithium sont également très sensibles à la température et ne peuvent généralement fonctionner de manière stable que dans une fourchette de -20 à 50°C, proche de la température ambiante. Afin de préserver la santé de la batterie pendant son utilisation, il est également nécessaire de respecter les exigences en matière de température.
Confrontés à des problèmes de sécurité non résolus, les scientifiques se sont intéressés aux électrolytes aqueux. Par rapport aux électrolytes organiques actuellement utilisés dans les batteries lithium-ion, le "facteur de sécurité" des électrolytes aqueux est beaucoup plus élevé. Il n'est pas difficile de comprendre que la solution aqueuse de la batterie n'est pas inflammable et que vous souhaitez utiliser la batterie dans des conditions extrêmes, ce qui réduit considérablement le risque de combustion et d'explosion de la batterie.
Une grande sécurité, des conditions de préparation faciles et un faible coût ont toujours été les avantages accrocheurs des électrolytes aqueux pour batteries. Mais les défauts des batteries aqueuses sont également importants : la fenêtre de tension étroite limite la densité énergétique de la batterie.
Par exemple, la tension des batteries aqueuses conventionnelles, telles que les batteries plomb-acide et les batteries nickel-cadmium, est de 1 à 2 V, et la densité énergétique n'est que de 30 à 50 Wh/kg, ce qui est bien inférieur à celle des batteries lithium-ion organiques (3 à 4 V, 150 à 250 Wh/kg). La densité énergétique des batteries aqueuses est inférieure à 1/3 de celle des batteries lithium-ion, de sorte que les batteries utilisant des électrolytes aqueux n'ont pas d'avantage concurrentiel sur le marché.
Développement futur de la batterie aqueuse
Bien qu'il soit probable que les outils modernes et la conception des piles aient éliminé les limites des piles aqueuses traditionnelles, les compromis introduits ne peuvent être ignorés. La plupart des électrolytes pauvres en eau et des membranes sélectives sont encore coûteux, ce qui affaiblit l'avantage de coût de la batterie aqueuse.
La complexité de la fabrication d'une batterie à chambres multiples et les matériaux utilisés pour l'anode, tels que le lithium métal, augmentent le coût. La conduction ionique entre l'électrolyte aqueux pauvre et l'interface est comparable à celle des électrolytes non aqueux, mais beaucoup plus faible que celle traditionnellement attendue pour les systèmes aqueux. La mise en œuvre du cycle de l'oxygène semble poser des problèmes dans certaines configurations de batterie et nécessite une gestion robuste de la batterie.
L'ininflammabilité, le seul avantage des batteries aqueuses traditionnelles, a été largement préservée, et les électrolytes, les membranes et les électrodes doivent tous être améliorés en permanence pour qu'émerge une batterie aqueuse moderne ayant un impact commercial. Outre les stratégies décrites précédemment, les directions de recherche suivantes sont urgentes mais insuffisamment explorées : les questions liées à l'électrolyte, les membranes sur mesure et les batteries à double ion pratiques.
