Batterie de stockage d'énergie - définition, types et analyse technique

Les technologies de stockage de l'énergie comprennent quatre types principaux :

● Stockage physique de l'énergie : 

Stockage par pompage, stockage d'énergie par air comprimé, stockage d'énergie par volant d'inertie, stockage d'énergie par eau de mer, stockage d'énergie par supraconduction ;

● Stockage d'énergie chimique : 

Stockage de l'hydrogène et du carbone ;

● Stockage électrochimique de l'énergie : 

Stockage d'énergie par batterie, stockage d'énergie par super-condensateur ;

● Stockage de chaleur et de froid

Parmi tous les types de technologies de stockage de l'énergie, le stockage de l'énergie par batterie est la technologie de stockage de l'énergie qui connaît la croissance la plus rapide et qui suscite le plus d'intérêt. Cet article présente principalement les types de batteries de stockage d'énergie et l'analyse technique correspondante.

Qu'est-ce qu'une batterie de stockage d'énergie ?

Les batteries sont utilisées pour stocker l'électricité. En termes d'application, il s'agit de batteries de stockage d'énergie. Par conséquent, toutes les piles au lithium sont des piles de stockage d'énergie. Cependant, afin de distinguer les applications, nous pouvons diviser les batteries en plusieurs catégories :

● Piles grand public
● Batterie d'alimentation
● Batterie de stockage d'énergie

Les applications grand public concernent les téléphones mobiles, les ordinateurs portables, les appareils photo numériques et d'autres produits de consommation, tandis que les batteries d'alimentation, y compris les piles à combustible, sont utilisées pour la production d'électricité. batterie power wheels sont en fait une sorte de batterie de stockage d'énergie, principalement utilisée dans les véhicules électriques.

Types de batteries de stockage d'énergie

Il existe de nombreux paramètres permettant de caractériser les performances d'une batterie de stockage d'énergie, dont les plus importants sont les caractéristiques de puissance et de capacité de la batterie. Par conséquent, les batteries de stockage d'énergie peuvent être grossièrement divisées en trois types en fonction des différentes exigences en matière de rapport de capacité de puissance de la batterie dans les différents scénarios d'application du stockage d'énergie :

● Type de capacité (≤ 0,5C)
● Type d'énergie (≈ 1C)
● Type d'alimentation (≥ 2C)

Plus le rapport est élevé, plus la densité de puissance de la batterie est importante, mais plus la densité de capacité est faible et plus le prix par unité de capacité est élevé. Actuellement, parmi tous les types de batteries de stockage d'énergie, la batterie à flux liquide et la batterie à pâte de lithium sont des batteries de capacité typiques, et la batterie au titanate de lithium dans la batterie lithium-ion est une batterie de puissance typique.

D'autres types de batteries peuvent être adaptés dans une certaine mesure en changeant les matériaux et les processus de la batterie pour s'adapter aux différents scénarios d'application du stockage de l'énergie.

Comparaison entre la batterie de puissance et la batterie de stockage d'énergie

En raison de la limitation du volume et du poids des véhicules et des exigences de démarrage et d'accélération, les batteries de puissance ont des exigences de performance plus élevées que les batteries de stockage d'énergie ordinaires :

● Densité énergétique élevée
● Vitesse de charge rapide de la batterie
● Courant de décharge élevé

Toutefois, les exigences relatives aux batteries de stockage d'énergie ordinaires ne sont pas aussi élevées. Selon la norme, les batteries d'une capacité inférieure à 80% ne peuvent plus être utilisées dans les véhicules à énergie nouvelle, mais moyennant quelques modifications, elles peuvent également être utilisées dans les systèmes de stockage d'énergie.

Du point de vue des scénarios d'application, les piles au lithium de puissance sont principalement utilisées dans les véhicules électriques, les vélos électriques et d'autres outils électriques, tandis que les piles au lithium de stockage d'énergie sont principalement utilisées dans les services auxiliaires d'écrêtement des pointes et de modulation de fréquence, la connexion au réseau des énergies renouvelables, le micro-réseau et d'autres domaines.

Analyse technique des batteries de stockage d'énergie

À l'avenir, la batterie de grande capacité pour l'écrêtement des pointes de consommation et le stockage de l'énergie, ainsi que la batterie de grande puissance pour la modulation de fréquence et le stockage de l'énergie, devront encore faire l'objet d'innovations et de percées technologiques. Le contenu technique des batteries de stockage d'énergie comprend principalement six aspects :

● Technologie des matériaux
● Technologie structurelle
● Technologie de fabrication
● Technologie d'application
● Technologie de réparation
● Technologie du recyclage

Technologie des matériaux

Les matériaux de base de la batterie tels que Batterie 18650 Les matériaux auxiliaires comprennent les matériaux de cathode, les matériaux d'anode et les matériaux d'électrolyte. Les matériaux auxiliaires comprennent également les matériaux du séparateur, du collecteur et de l'enveloppe de la batterie.

Au cours des trois dernières décennies, la recherche et le développement de matériaux pour les batteries lithium-ion se sont principalement concentrés sur l'amélioration de la densité énergétique, de la durée de vie et des performances de sécurité des matériaux, ainsi que sur le développement de technologies de préparation des matériaux à faible coût ; la recherche et le développement de matériaux pour les batteries à flux liquide se concentrent principalement sur la modification des matériaux de l'électrolyte et du séparateur.

Bien que les progrès des matériaux puissent entraîner une amélioration significative des performances des batteries, le processus d'innovation des matériaux susceptibles d'avoir des effets pratiques est en réalité très lent. Par conséquent, bien que les matériaux des batteries soient essentiels, ils ne représentent pas l'ensemble de la recherche sur la technologie des batteries.

Technologie structurelle

Toutes les batteries ne peuvent pas être appelées batteries de stockage d'énergie. Celles dont la puissance du système est supérieure à 1KW peuvent être appelées batteries de stockage d'énergie ; la puissance du système est ≥ 1MW, et la batterie utilisée pour la centrale de stockage d'énergie est appelée batterie de stockage d'énergie électrique.

La technologie de la structure de la batterie de stockage d'énergie comprend la technologie de la structure interne de la cellule de la batterie et la technologie de la structure du système externe. Contrairement aux batteries destinées aux petits produits électroniques grand public, les batteries de stockage d'énergie ont une structure plus complexe, avec les exigences des systèmes en série et en parallèle et les caractéristiques d'une puissance élevée et d'une grande capacité.

Les batteries au lithium existantes pour le stockage de l'énergie et la production d'électricité sont développées à partir de petites et micro-batteries au lithium-ion, telles que les batteries de téléphones portables. Du point de vue de la structure interne, tous les types de batteries au lithium utilisent une structure d'électrode en film adhésif, ce qui pose des problèmes structurels fondamentaux pour la conception de performances constantes des batteries au lithium pour le stockage de l'énergie.

En outre, lorsque la batterie est mise au rebut et recyclée, seules les électrodes de liaison peuvent être broyées. Les feuilles d'aluminium et de cuivre brisées à l'intérieur et les éléments Co et Li doivent être recyclés par métallurgie, ce qui entraîne des coûts de récupération élevés et un risque de pollution par le traitement des déchets liquides acides et alcalins.

Technologie de fabrication

La technologie de fabrication des batteries de stockage d'énergie est étroitement liée à la conception de la structure des batteries. La caractéristique de série parallèle du système de batterie de stockage d'énergie exige que les batteries aient une bonne consistance, de sorte que le contrôle intelligent du processus de production est particulièrement important.

L'utilisation d'équipements et de technologies à faible coût pour fabriquer des batteries de stockage d'énergie à haute performance est une contradiction, mais aussi une question clé dans le développement de la technologie de fabrication des batteries de stockage d'énergie. Le processus de production actuel des batteries lithium-ion est une transition par rapport à l'ancien processus de fabrication de bandes pour répondre aux exigences de précision de l'électrode d'enrobage du film de la batterie.

En outre, le manque de normalisation des modèles de batteries a entraîné un faible taux d'utilisation des matériaux, un faible taux de qualification des produits, un faible taux de fonctionnement des équipements et des coûts de fabrication élevés dans le processus de production des batteries.

Technologie d'application

La technologie d'application de la batterie de stockage d'énergie se réfère principalement à :

● BMS

Le BMS (Battery Management System) est le lien entre le corps de la batterie et l'application. L'objet principal est la batterie secondaire. L'objectif est d'améliorer le taux d'utilisation de la batterie et d'éviter les surcharges et les décharges excessives.

● PCS

Le PCS (dispositif de contrôle de l'énergie du système de stockage de l'énergie de la batterie) est un système adapté à la batterie de stockage de l'énergie, connecté entre la batterie et le réseau, et qui stocke l'énergie du réseau dans la batterie ou renvoie l'énergie de la batterie vers le réseau.

● EMS

Le SGE (système de gestion de l'énergie) est le terme général du système moderne d'automatisation de la répartition du réseau électrique, comprenant l'ordinateur, le système d'exploitation et le système de soutien du SGE, l'acquisition et la surveillance des données, le contrôle et la planification automatiques de la production, et l'analyse de l'application du réseau.

À l'heure actuelle, de nombreux projets de démonstration de stockage de l'énergie sont mis en œuvre directement par l'Union européenne. entreprises de batteries de stockage d'énergie et les sociétés de réseau, et l'absence de normes d'identification des responsabilités et de normes technologiques d'application, ce qui crée des difficultés pour l'exploitation et la maintenance ultérieures du système et l'identification éventuelle d'accidents.

Technologie de réparation

La technologie de réparation des batteries de stockage d'énergie comprend la technologie de maintenance électrique et la technologie de régénération en ligne du système de batterie. La technologie de régénération en ligne est une nouvelle orientation technologique pour les nouvelles batteries au lithium de stockage d'énergie. La technologie de maintenance électrique du système de batterie comprend

● Réparation de la corrosion environnementale
● Détection du vieillissement de l'isolation électrique
● Détection des connexions électriques
● Maintenance des capteurs de température et de pression
● Technologie d'inspection des batteries

En théorie, outre le désordre du réseau dans les particules actives de la batterie et la corrosion et la perte du fluide collecteur, d'autres problèmes d'interface de la batterie au lithium de stockage d'énergie peuvent être résolus grâce à la régénération en ligne.

Après un certain temps d'utilisation, les performances de la batterie peuvent être améliorées par la réparation in situ du film SEI à la surface des électrodes positives et négatives, l'ajout et le remplacement de l'électrolyte, etc., afin de prolonger la durée de vie réelle de la batterie au lithium pour le stockage de l'énergie.

Technologie du recyclage

Toute pile a une durée de vie. À l'heure actuelle, le nombre total de petites piles utilisées par les consommateurs en Chine s'élève à plusieurs centaines de millions, et la plupart d'entre elles sont de petite taille, avec une faible valeur d'utilisation des piles usagées. En outre, leur utilisation est dispersée et la plupart d'entre elles sont traitées comme des déchets domestiques, ce qui représente un risque de pollution.

La batterie de stockage d'énergie mise au rebut ne peut pas être jetée dans l'environnement comme la petite batterie de consommation, et doit être recyclée. Les technologies de recyclage des batteries de stockage d'énergie sont les suivantes

● Technologie de remplacement des piles usagées
● Des technologies de transport sûres
● Technologie du recyclage
● Technologie de réutilisation des ressources

À l'heure actuelle, la technologie de récupération et de régénération des batteries plomb-acide est relativement mature, mais le processus de récupération non standard présente un risque de pollution.

Le processus et la technologie de recyclage des batteries au lithium ne sont pas encore au point. Il est donc nécessaire de combiner la technologie des matériaux et la technologie des structures pour développer une nouvelle technologie de batterie de stockage d'énergie qui se prête au recyclage et à la régénération, et d'innover et d'améliorer la conception des produits.

Résumé

Parmi les six technologies des batteries de stockage d'énergie, les matériaux des batteries constituent la base, et il est très important de se concentrer sur la recherche de nouveaux matériaux pour les batteries, tandis que les projets d'ingénierie technique devraient se concentrer sur les percées dans d'autres technologies non matérielles.

Sur la base de l'expérience des centrales de stockage d'énergie commerciales et de démonstration existantes, et autour de l'objectif global de faible coût, de longue durée de vie, de haute sécurité et de recyclage facile, il convient de développer des batteries de stockage d'énergie à capacité variable pour les vallées de crête.

La batterie de stockage d'énergie FM de type puissance et la batterie de stockage d'énergie composite de type énergie coopèrent avec d'autres types de technologies de stockage d'énergie pour soutenir le développement rapide de l'industrie du stockage d'énergie.

La combinaison "énergie renouvelable + stockage d'énergie" est un choix inévitable pour le développement des nouvelles énergies, et la complexité des scénarios d'application du stockage d'énergie détermine l'orientation diversifiée du développement de la technologie des batteries de stockage d'énergie.

À l'avenir, la batterie de grande capacité pour l'écrêtement des pointes de consommation et le stockage de l'énergie, ainsi que la batterie de grande puissance pour la modulation de fréquence et le stockage de l'énergie, devront encore faire l'objet d'innovations et de percées technologiques.