Système de stockage électrique

Fonctionnement général d’une batterie

Une batterie est un dispositif stockant et transformant l’énergie issue d’une réaction chimique entre un oxydant et un réducteur, en énergie électrique. A l’inverse d’une pile, la batterie permet une réaction chimique inversée permettant sa recharge.

Au sein du dispositif se trouve deux électrodes, la cathode (borne positive) et l’anode (borne négative) qui baignent dans un électrolyte.

Sur la borne positive, l’oxydant gagne un ou plusieurs électrons qui sont cédés par le réducteur, à la borne négative. Le séparateur bloque le transfert d’électrons, qui empruntent le circuit électrique et génère ainsi le courant électrique.

Les différents types de batterie

Différentes matières peuvent être utilisées pour fabriquer une batterie. La cathode et l’anode sont des métaux, et l’électrolyte est une substance permettant de conduire le courant électrique.

En fonction de la température d’utilisation et du rendement recherché, certains matériaux seront préférés grâce à leurs caractéristiques.

La nature du couple REDOX détermine ainsi la tension nominale de la batterie(en V), tandis que la quantité d’ions actifs et la conduction ionique de la membrane séparatrice déterminent la charge électrique (en A.h).

Le schéma ci-après classe quelques éléments chimiques communément utilisés dans les batteries en fonction de leur potentiel d’oxydoréduction.

En plus du potentiel d’oxydoréduction, l’alliance de certains métaux permet d’obtenir des caractéristiques différentes adaptées en fonction des usages.

Le tableau ci-dessous compare différentes catégories de batteries :

Fonctionnement des batteries lithium :

Le fonctionnement des batteries au lithium est basé sur l’échange entre les électrodes d’ions lithium accompagné d’un mouvement des électrons.

Au fur et à mesure que la batterie se décharge, les ions lithium s’insèrent progressivement dans les espaces vides dits sites cristallographiques vacants de l’électrode opposée où ils se recombinent.

Pour une batterie « Lithium Fer Phosphate » :

  • l’ion Li+ peut se séparer de la cathode. La réaction suivante se produit :
    LiFePO4  nLi+ + ne + Li1-n FePO4
  • les n ions Li+ migrent via un électrolyte jusqu’à l’anode opposée, en graphite, où ils se recombinent :
    nLi+ + ne + C → LinC

La réaction inverse a lieu lors de la charge. Le temps de recharge dépendra de la vitesse à laquelle les porteurs de charge, les ions et les électrons, se déplaceront à l’intérieur de la batterie.

Avantage des systèmes hybrides H2SYS :

H2SYS analyse le besoin énergétique et dimensionne le système hybride en fonction des utilisations possible des produits conçus.

Les systèmes H2SYS peuvent embarquer différents types de dispositif de stockage telles les batteries Lithium-Ion ou les batteries Nickel-Cadmium.

Cette méthode permet d’ajuster au mieux les coûts des différents composants du système hybride.