Stockage de l’énergie : la batterie Lithium-ion en images

L’énergie ne se prête au stockage en quantité appréciable que sous certaines de ses formes ; Sa mise en réserve et sa récupération impliquent donc des transformations, et par suite de la dissipation.

L’énergie électrique peut être emmagasinée dans des accumulateurs, sous forme d’énergie chimique. Mais la décharge d’un accumulateur fournit moins d’énergie électrique que sa charge, car les réactions électrochimiques s’accompagnent d’une assez forte dégradation en chaleur. De plus, les accumulateurs sont coûteux et lourds, puisqu’ils n’emmagasinent que 0,1 kWh par kg, ce qui est, avec le prix, la principale entrave au développement de la voiture électrique.

Nos besoins en puissance électrique varient avec l’heure, en croissant par exemple rapidement le soir ; et les centrales nucléaires ont du mal à suivre ces changements. Étant donné la faiblesse des pertes de chaleur dans les échanges électromécaniques, on a imaginé d’utiliser les barrages non seulement comme sources d’énergie hydroélectrique, mais aussi comme réservoirs d’énergie. En heures creuses, l’eau est pompée du bas du barrage vers la retenue par emploi d’énergie électronucléaire, et en heures de pointe, cette eau redescend, actionne les turbines de l’usine et l’on récupère de l’électricité. Puisque cette forme de stockage passe par de l’énergie mécanique, elle nécessite de brasser de fortes masses d’eau, plusieurs tonnes par kWh emmagasiné.

Les carburants, chimiques ou nucléaires, emmagasinent efficacement de l’énergie. Mais nous ne savons, en pareil cas, récupérer celle-ci que sous forme de chaleur.

Focus sur la batterie lithium-ion (src : CEA – Grenoble)

Les batteries lithium-ion permettent de stocker trois à quatre fois plus d’énergie par unité de masse que les batteries classiques pour des systèmes nomades (ordinateurs, téléphones portables, baladeurs, etc…).

Les matériaux d’électrodes de ces batteries ont des performances excellentes mais un coût trop élevé pour être utilisés dans les grosses batteries des véhicules électriques et hybrides de deuxième génération. Les recherches se poursuivent sur de nouveaux matériaux, comme le phosphate de fer et de lithium. Ecologique, il possède des propriétés exceptionnelles alliées à un faible coût et une bonne stabilité thermique, élément essentiel pour la sécurité.

Etape 1
Préparation d’une encre graphite pour électrodes négatives, utilisée sur la ligne d’assemblage de batteries lithium-ion.

[Crédit : P.Avavian/CEA]

Etape 2
Poste de chargement de la remplisseuse sur la ligne d’assemblage de batteries lithium-ion.

[Crédit : P.Avavian/CEA]

Etape 3
Détail de la mécanique d’enroulement de la bobineuse sur la ligne d’assemblage de batteries lithium-ion.

[Crédit : P.Avavian/CEA]

Etape 4
Dérouleur avec collecteur cuivre de 200mm enduit sur 130mm de largeur, sur la ligne d’assemblage de batteries lithium-ion. Contrôle de l’épaisseur de l’électrode enduite.

[Crédit : P.Avavian/CEA]

Etape 5
Coupe métallographique d’une soudure réalisée par laser continu pour l’assemblage d’un accumulateur Lithium-ion, observée à la loupe binoculaire.

[Crédit : P.Avavian/CEA]

Etape 6
Connexion électrique de batteries Lithium-ion sur la tour de formation électrique.

[Crédit : P.Avavian/CEA]

Etape 7
Instrumentation de véhicules électriques afin de caractériser et de valider le fonctionnement des nouvelles briques technologiques apportées par le CEA, en conditions réelles.

[Crédit : P.Avavian/CEA]