Le stockage électrochimique de l'énergie : introduction complète - définition, composants et types

À l'heure actuelle, il existe deux principales technologies de stockage de l'énergie, à savoir le stockage de l'énergie électrique au lithium, représenté par la batterie au phosphate de fer lithié, et le stockage par pompage, dont la technologie est la plus mature, l'échelle d'utilisation la plus grande et le coût le plus bas.

Les nouvelles technologies de stockage de l'énergie, telles que les batteries à ions sodium, les batteries à flux de vanadium et le stockage de l'énergie par l'hydrogène, ont commencé à décoller et ont accéléré leur commercialisation. Cet article présente le stockage électrochimique de l'énergie sous différents aspects, notamment la définition, les composants, les types, etc.

Qu'est-ce que le stockage électrochimique de l'énergie ?

Le stockage électrochimique de l'énergie fait référence à la technologie et aux mesures de stockage de l'énergie qui utilisent des batteries chimiques pour stocker l'énergie électrique et la restituer en cas de besoin. Selon le type de technologie, le stockage d'énergie peut être divisé en stockage d'énergie électrochimique, stockage d'énergie mécanique, stockage d'énergie électromagnétique, stockage d'énergie chimique, stockage d'énergie thermique, etc.

Parmi eux, le stockage électrochimique de l'énergie présente les avantages d'une densité énergétique élevée, d'une grande maturité technologique, d'une longue durée de vie, d'une économie à long terme, et constitue la technologie de stockage de l'énergie la plus prometteuse.

À l'heure actuelle, la technologie de stockage de l'énergie électrochimique est la principale voie de développement, et les batteries lithium-ion, la plus importante de toutes les technologies de stockage de l'énergie, sont en train d'être développées. meilleures piles rechargeablessont au cœur du développement de la technologie de stockage de l'énergie électrochimique. L'application à grande échelle de la technologie de stockage de l'énergie électrochimique doit répondre à trois exigences fondamentales :

• Sécurité élevée
• Un coût élevé
• Faible pollution

Composition d'un système de stockage d'énergie électrochimique

Le système de stockage d'énergie électrochimique est principalement composé d'une batterie, d'un système de gestion de la batterie (BMS), d'un système de gestion de l'énergie (EMS) et d'un onduleur de stockage d'énergie (PCS).

Batterie

Selon les besoins, la densité énergétique de la batterie de stockage d'énergie est supérieure à 145Wh/kg, et la densité énergétique du bloc-batterie est supérieure à 110Wh/kg. Durée de vie supérieure à 5 000 fois et taux de rétention de la capacité supérieur à 80%. La technologie actuelle de stockage de l'énergie électrochimique, en particulier la technologie de stockage de l'énergie des batteries au lithium, est entrée dans un nouveau cycle de révolution.

De nouveaux produits et de nouvelles technologies, tels que les grandes cellules, la haute tension, le refroidissement par eau/liquide, sont apparus les uns après les autres. Le système de stockage de l'énergie continue d'évoluer vers une grande capacité. Dans le même temps, les batteries sodium-ion pourraient occuper une place dans l'avenir en raison de leur coût avantageux.

En termes de coût, le coût du bloc-batterie représente la plus grande part, soit environ 70% du système de stockage d'énergie électrochimique total, suivi de l'onduleur de stockage d'énergie et du système de gestion de la batterie, qui représentent chacun environ 10%.

En termes de fonction, le bloc-batterie est généralement composé de plusieurs modules de batterie en parallèle, et chaque module de batterie est composé de plusieurs cellules électriques en série ou en parallèle, qui constituent le cœur du système de stockage d'énergie électrochimique et sont principalement responsables du stockage et de la libération de l'énergie électrique dans le système de stockage d'énergie.

Système de gestion de la batterie

Il surveille principalement diverses données pendant le processus de charge et de décharge de la batterie, telles que la température, le courant, la tension et l'état de charge (SOC), et envoie des signaux d'alarme lorsque les données sont anormales, afin de garantir un fonctionnement sûr et stable du système de stockage de l'énergie.

Système de gestion de l'énergie

Il se compose principalement de fonctions de base et de fonctions d'application. Les fonctions de base font référence à l'ordinateur, au système d'exploitation, au système d'assistance EMS, etc. Les fonctions d'application comprennent l'acquisition et l'analyse des données, la surveillance du réseau et la programmation de l'énergie.

Onduleur de stockage d'énergie

L'onduleur de stockage d'énergie est composé d'un convertisseur bidirectionnel DC/AC, d'une unité de contrôle, etc. Il peut contrôler la charge et la décharge de la batterie et est responsable de la conversion du courant alternatif et du courant continu. Actuellement, le système de stockage d'énergie par batterie adopte principalement un PCS centralisé, et la connexion en parallèle de plusieurs batteries entraînera un déséquilibre entre les groupes de batteries.

Après une longue période, la production réelle de certaines batteries dans le groupe de batteries à connexion parallèle sera insuffisante, tandis que l'autre partie dépassera le taux d'utilisation ; le PCS de chaîne peut réaliser une gestion au niveau du groupe, améliorer la durée de vie du système et améliorer la capacité de décharge tout au long du cycle de vie. La tendance à l'application à grande échelle s'est reflétée.

Quels sont les types de technologies de stockage d'énergie électrochimique ?

À l'heure actuelle, les batteries lithium-ion et plomb-acide sont les applications commerciales les plus matures, tandis que les batteries sodium-ion, les batteries zinc-ion à circuit d'eau, les batteries à flux liquide et d'autres technologies émergentes de stockage d'énergie électrochimique en sont encore au premier stade de développement.

Batterie au lithium-ion

Elle est composée d'un pôle positif, d'un pôle négatif, d'un séparateur, d'un électrolyte et d'une enveloppe de batterie. Le matériau du pôle positif détermine directement la capacité de la batterie et constitue le matériau le plus critique. Les batteries au lithium-ion sont principalement divisées en batteries au cobalate de lithium, batteries au manganate de lithium, batteries au nickel-cobalt-manganèse, batteries au nickel-cobalt-manganèse et batteries au nickel-cobalt-manganèse. pile ternaire au lithium et les batteries au phosphate de fer-lithium en fonction des différents matériaux de cathode.

Batterie à ions sodium

L'énergie est stockée par l'intercalation et la désintercalation d'ions de métaux alcalins dans les matériaux des électrodes positives et négatives. Le rayon de l'ion sodium est plus grand que celui de l'ion lithium, la masse atomique relative est plus importante et la capacité spécifique théorique est plus faible. Cependant, ses ressources en matières premières sont riches et son coût n'est que de 1/70 de celui du lithium.

Étant donné que le sodium et l'aluminium ne subissent pas de réaction d'alliage à faible potentiel, une feuille d'aluminium légère et bon marché peut également être utilisée comme collecteur négatif d'une batterie à ions sodium, ce qui permet de réduire davantage le coût des matériaux de la batterie et d'améliorer la densité énergétique.

Système d'eau Batterie zinc-ion

La nouvelle batterie secondaire, dont l'électrode négative est un métal, le zinc, permet de surmonter les inconvénients des batteries organiques au lithium et des batteries au plomb-acide traditionnelles, tels que la toxicité élevée, l'inflammabilité, la faible durée de vie et le coût de production élevé. Elle peut continuer à fournir une alimentation électrique stable avec une grande sécurité. La densité énergétique de la batterie zinc-ion est de 250 Wh/kg, ce qui est comparable à celle de la batterie lithium-ion.

Batterie à flux liquide

Il s'agit d'une nouvelle technologie de stockage d'énergie électrochimique à grande échelle qui permet de stocker et de produire de l'énergie électrique grâce au changement d'état réversible des substances actives liquides. Il existe de nombreux types de batteries à flux liquide, notamment les batteries à flux liquide au ferrochrome, les batteries à flux liquide au brome de zinc et les batteries à flux liquide au vanadium, parmi lesquelles les batteries à flux liquide au vanadium sont les plus développées.

Batterie métallique à air

Une pile à combustible spéciale qui génère de l'énergie électrique par une réaction d'oxydation et de réduction entre le métal et l'oxygène de l'air. Les principales piles à air métalliques sont les piles à air au lithium, les piles à air en aluminium, les piles à air au magnésium, etc. L'électrolyte de la pile à air en aluminium est un électrolyte aqueux, qui ne présente aucun risque d'explosion et offre de bonnes performances en matière de sécurité.

Les ions d'aluminium générés pendant la décharge de la batterie se combinent aux ions d'hydroxyde pour former une précipitation, qui peut être recyclée. Lorsque la puissance de la batterie est épuisée, il suffit de remplacer l'électrolyte aqueux et le bloc d'aluminium métallique pour continuer à l'utiliser, ce qui élimine les problèmes liés à la charge à long terme.

Batterie plomb-carbone

La batterie plomb-acide capacitive améliorée par rapport à la batterie plomb-acide traditionnelle présente les avantages d'une super capacité, d'une puissance élevée et d'un long cycle, mais conserve également la densité énergétique élevée de la batterie plomb-acide en ajoutant du charbon actif aux propriétés capacitives à l'anode en mousse de plomb.

Chaîne de l'industrie du stockage électrochimique de l'énergie et principales entreprises

La chaîne industrielle du stockage d'énergie électrochimique, comme les autres industries, se compose d'un amont, d'un intermédiaire et d'un aval. Et un grand nombre de entreprises de batteries de stockage d'énergie de faire bonne figure dans ce domaine.

En amont

En amont de la chaîne de l'industrie du stockage de l'énergie électrochimique, il s'agit principalement d'une variété de fournisseurs de matières premières, y compris les matériaux d'électrode de cathode et d'anode, l'électrolyte, le séparateur de batterie, les composants électroniques, les matériaux auxiliaires spéciaux, etc.

Selon les statistiques, les entreprises en amont de la chaîne de l'industrie du stockage de l'énergie électrochimique sont principalement les suivantes : Ronbay Technology, Tianqi Lithium, BTR, Shanshan, BYD, CATL, etc.

Secteur intermédiaire

Le secteur intermédiaire de la chaîne industrielle du stockage de l'énergie électrochimique comprend principalement les fabricants de systèmes d'intégration et d'installation de stockage de l'énergie, notamment les batteries, les systèmes de gestion des batteries (BMS), les systèmes de gestion de l'énergie (PMS), les onduleurs de stockage de l'énergie (PCS), les systèmes matériels, les systèmes logiciels et d'autres équipements électriques.

D'après les statistiques, les entreprises situées au milieu de la chaîne de l'industrie du stockage d'énergie électrochimique sont principalement les suivantes : CATL, BYD, GOLD ELECTRONIC, Kgooer, Xieneng, SUNGROW, NARADA, Pylon Tech, EVE, HIGEE, HiNa Battery, etc.

En aval

En aval de la chaîne industrielle du stockage électrochimique de l'énergie, elle couvre principalement divers scénarios d'application spécifiques, notamment du côté de la production d'énergie, du côté du réseau et du côté de l'utilisateur, tels que les centrales électriques à énergie nouvelle, les stations de base de communication, les centres de données, les centrales électriques traditionnelles, les sociétés de réseau électrique, le stockage d'énergie industriel et commercial, le stockage d'énergie à usage domestique, etc.

Selon les statistiques, les entreprises en aval de la chaîne de l'industrie du stockage d'énergie électrochimique comprennent principalement Millet, CATL, BYD, State Grid, China Southern Power Grid, Great Power, etc.