Une introduction complète aux types de batteries dans les batteries secondaires
Cependant, la plupart des piles contiennent des substances toxiques. L'impact écologique de l'élimination des piles doit donc être pris en compte. Cet article présente différents types de batteries dans les piles secondaires, y compris :
● Acide de plomb
● Base en nickel
● Zinc halogène
● Base aérienne en métal
● Sodium- β
● lithium
Batterie au plomb
Les batteries plomb-acide sont utilisées comme source d'énergie commerciale depuis 1860. Ce type de batterie utilise le Pb comme électrode négative, le PbO2 comme électrode positive et le H2SO4 comme électrolyte.
La recherche actuelle se concentre principalement sur la réduction de la taille et du poids des batteries et sur le maintien d'une densité énergétique élevée grâce à des matériaux avancés pour les batteries plomb-acide VR. Les types de batteries au plomb-acide VR ordinaires comprennent les batteries à fibre de verre (AGM) et les batteries GEL.
La batterie AGM est composée d'un électrolyte contenant de la fibre de verre, un matériau solide qui peut absorber et contenir de l'acide sans fuite. Ces types de batteries sont compacts, prennent moins de place et résistent mieux aux vibrations que les batteries standard. La batterie GEL est composée d'électrolyte gélifié, qui se présente sous la forme d'un électrolyte solide incomplet et peut contenir de l'acide sans fuite.
Batterie à base de nickel
L'hydroxyde de nickel est utilisé comme matériaux positif et négatif dans les piles à base de nickel. Ce type de pile peut être divisé en :
● Nickel fer
● Nickel cadmium
● Nickel zinc
● Nickel hydrogène
● Ni-H2 [3,14,30,45,62]
Généralement, dans les piles au nickel, la matière active, l'hydroxyde de nickel, est utilisée comme électrode positive, l'hydroxyde de potassium comme électrolyte, et le métal Fe/Cd/Zn, MH ou H2 comme électrode négative.
Batterie aux halogénures de zinc
Les types de batteries aux halogénures de zinc comprennent le Zn-Cl2 et le Zn-Br2, qui sont utilisables pour le stockage de l'énergie dans les véhicules électriques. En 1970, le Zn-Cl2 a été développé pour les véhicules électriques et le stockage statique de l'énergie. La densité énergétique du Zn-CL2 est d'environ 90Wh/L, et la densité de puissance est d'environ 60W/kg.
La batterie Zn Br2 est adaptée au stockage de l'énergie dans les véhicules électriques. Sa densité énergétique est de 70 Wh/kg, avec une capacité de charge rapide et un faible coût des matériaux. Dans les types de batteries, l'énergie est stockée et libérée par la réaction électrochimique d'un système composé de Zn et de Br, qui se compose des éléments suivants :
● Zinc
● Brome
● Électrolyte en solution aqueuse de bromure de zinc
● Dispositif de stockage d'électrolyte
● Membrane en plastique microporeux
Dans le système de batterie Zn-Br2, l'électrolyte de la solution de bromure de zinc circule entre les deux électrodes par l'intermédiaire d'une pompe. Pendant la charge, le zinc se dépose sur l'électrode négative et le brome sur l'électrode positive. Pendant la décharge, des ions zinc et des ions brome se forment sur leurs électrodes respectives.
Batterie métallique à air
L'électrode métallique sert d'anode et l'oxygène provenant de l'air inépuisable sert de cathode. Dans les piles métal-air, le lithium, le calcium, le magnésium, le fer, l'aluminium et le zinc sont utilisés comme métaux d'anode.
Parmi ces éléments, la batterie lithium-air est la plus prometteuse pour les applications des véhicules électriques. Sa densité énergétique théorique est très élevée (11,14 kWh/kg). Indépendamment de l'air, l'énergie spécifique de ce type de batterie est plus de 100 fois supérieure à celle d'autres types de batteries. Cependant, le risque d'incendie de ce type de batterie est très élevé. L'air contenant de la vapeur d'eau peut provoquer un incendie.
Parmi les types de batteries, la batterie à air au calcium a une densité énergétique élevée, mais sa capacité diminue très rapidement et elle est coûteuse. En général, la batterie à air au magnésium a une énergie spécifique élevée de 700Wh kg. Elle est conçue pour remplacer le Mg par un alliage de Mg et être utilisée sur les véhicules sous-marins. La batterie électrochimique rechargeable à l'air de fer a une faible énergie spécifique de 75Wh/kg et un coût inférieur à celui des autres batteries à l'air de métal.
Les batteries aluminium-air ont une énergie spécifique, une tension terminale et une capacité en ampères-heure élevées. Toutefois, ces avantages sont réduits en raison de la consommation d'eau pendant la décharge. La batterie à l'oxyde d'aluminium (Al-O2) peut également être utilisée sous d'autres formes. Avec l'aide de l'Al-O2, la batterie FC à hydrogène a presque doublé son énergie spécifique.
La batterie zinc-air est techniquement réalisable. Ce type de batterie possède une variété de caractéristiques de batteries FC et conventionnelles, et peut être chargé électriquement et mécaniquement. Pendant la décharge, l'électrode de zinc est oxydée en libérant des électrons, et l'électrode d'air génère des ions hydroxyles. Pendant la charge de la batterie, le zinc se dépose sur l'électrode de zinc et l'oxygène est libéré dans l'électrode d'air.
En général, les batteries métal-air constituent un choix pour les applications de stockage d'énergie rechargeable en raison du faible coût des matériaux et des performances élevées.
Batterie sodium-β
Le sodium est un matériau très intéressant pour l'anode des batteries. En fonction du matériau de la cathode, les types de batteries sodium- β sont classés en batteries sodium-soufre et sodium-halogénure métallique respectivement. La batterie Na-S a des caractéristiques de haute température et fonctionne à 300-350 ℃.
Toutefois, ce type de batterie présente une résistance interne élevée et une forte corrosivité au Na. La technologie des batteries aux halogénures de sodium est appliquée aux véhicules électriques depuis les années 1990, et la tension de ces batteries est plus élevée que celle des batteries Na-S.
Pile au lithium
En raison de sa densité énergétique, de son énergie spécifique et de sa puissance spécifique élevées, ce type de batterie est considéré comme le plus prometteur pour le stockage de l'énergie. En outre, les piles au lithium n'ont pas de mémoire et ne contiennent pas de substances nocives, telles que le mercure et le plomb. Ce type de batterie est considéré comme le plus prometteur et le plus efficace pour le stockage de l'énergie. meilleures piles rechargeables à l'heure actuelle.
Les piles au lithium sont conçues en différents types de piles pour les applications à haute température. Les piles au lithium-soufre ont la capacité énergétique la plus élevée de toutes les piles au lithium, mais elles nécessitent une gestion thermique.
La température de fonctionnement de la pile au lithium-soufre est comprise entre 375 et 500 ℃. Les piles au lithium-soufre à haute température utilisent un alliage lithium-aluminium comme anode, du sulfure de fer comme cathode et du chlorure de lithium-potassium fondu comme électrolyte et diaphragme. Dans ces batteries, l'alliage lithium-aluminium est utilisé pour contrôler l'activité du lithium, et le sulfure de fer est utilisé pour empêcher la corrosion du fer.
En fonction des différents matériaux de cathode, les types de batteries au lithium-ion sont divisés en plusieurs catégories :
● Manganate de lithium (LiMn2O4)
● Phosphate de fer lithié (LiFePO4)
● Oxyde de nickel, manganèse et cobalt (LiNiMnCoO2)
● Oxyde de lithium nickel cobalt aluminium (LiNiCoAlO2)
● Titanate de lithium (Li4Ti5O12)
Conclusion
Par comparaison, parmi tous les types de batteries, les batteries au lithium-ion présentent des avantages évidents en termes d'énergie spécifique et de puissance spécifique parmi les batteries commerciales à grande échelle. En outre, le développement de matériaux de batteries au lithium à faible coût et de systèmes de gestion des batteries a permis de réduire les coûts de fabrication, ce qui contribuera à la poursuite de l'application des batteries au lithium.
En outre, d'autres types d'accumulateurs, notamment les accumulateurs avancés au plomb-acide, au nickel-cadmium, au nickel-hydrogène, au NIH2, au zinc-air, au sodium-S et au NA NiCl2, qui présentent des caractéristiques particulières, ont également été mis sur le marché.
