Avec le développement rapide de la science et de la technologie et la transformation de la structure énergétique mondiale, les énergies renouvelables sont devenues la clé du développement énergétique futur. Batteries lithium-ion, en tant que sources de batteries secondaires, se sont développées rapidement depuis les années 1990. Leurs avantages en termes de densité énergétique élevée, de longue durée de vie et de respect de l'environnement les ont amenés à être largement utilisés dans les véhicules à énergie nouvelle, les produits électroniques et les systèmes de stockage d'énergie. En outre, les batteries lithium-ion sont progressivement devenues un outil de recherche important dans le secteur des énergies renouvelables, contribuant à alimenter l’essor des systèmes de stockage d’énergie domestique. La mise en place de ces types de systèmes a amélioré la stabilité des systèmes électriques ainsi que des économies.
Ici, nous approfondirons les avantages et les inconvénients de l'utilisation de batteries lithium-ion pour le stockage d'énergie résidentiel, notamment les performances, le coût, la sécurité et l'impact environnemental des batteries.
Table des matières
Structure de batterie lithium-ion
Développement de batteries lithium-ion pour le stockage à domicile
Problèmes avec les batteries lithium-ion domestiques
Recherche en cours sur les batteries lithium-ion
Perspectives du marché national des batteries lithium-ion
Incitations pour les propriétaires à utiliser des batteries lithium-ion
Quelques conseils pour acheter des piles
Structure de batterie lithium-ion
Une batterie lithium-ion est un type de batterie secondaire (batterie rechargeable) qui repose principalement sur les ions lithium se déplaçant entre les électrodes positives et négatives. Les batteries lithium-ion sont généralement composées de cellules, d'un fusible (ou PTC), de cartes de protection, de coques et de quelques accessoires. Le panneau de protection est principalement composé de puces de protection, de tubes MOS, de résistances, de condensateurs et de cartes PCB. La cellule, quant à elle, fait référence à une seule cellule électrochimique contenant des électrodes positives et négatives, des électrolytes, un diaphragme, etc. Les substances actives utilisées pour créer des électrodes positives sont généralement le manganate de lithium, le lithium cobalt, le lithium nickel cobalt manganate ou le lithium fer phosphate. Le graphite, ou carbone avec une structure de graphite similaire, est utilisé pour les électrodes négatives. L'électrolyte organique est un solvant carbonate dissous dans de l'hexafluorophosphate de lithium ; Les batteries lithium-ion polymère utilisent un électrolyte semblable à un gel.
Les vélos électriques utilisent généralement du manganate de lithium-nickel-cobalt (également appelé ternaire) plus une petite quantité de manganate de lithium. Le diaphragme est un film polymère façonné avec une structure microporeuse qui permet aux ions lithium de passer librement mais bloque les électrons. Les variétés courantes sont fabriquées à partir de polyéthylène (PE), de polypropylène (PP) ou de son film composite, un diaphragme à trois couches PP/PE/PP. La coque de la batterie est généralement constituée d'une coque en acier, d'une coque en aluminium, d'une coque en fer nickelé, d'un film aluminium-plastique, etc., tandis que le capuchon comporte les bornes positives et négatives de la batterie.
Développement de batteries lithium-ion pour le stockage à domicile
Technologie du produit
Ces dernières années, avec le développement et la maturité progressifs de la technologie des batteries lithium-ion, les batteries lithium-ion domestiques ont réalisé des progrès techniques significatifs en termes de capacité, de sécurité, de durée de vie, etc. À l'heure actuelle, la densité énergétique des batteries lithium-ion domestiques grand public est de 200 à 300 Wh/kg, et certains produits haut de gamme dépassent même 350 Wh/kg. En outre, la mise à niveau continue de la technologie du système de gestion de batterie (BMS) signifie que la sécurité des batteries lithium-ion s'améliore également.
Échelle du marché
Ces dernières années, la taille du marché des batteries lithium-ion a montré une tendance à l'expansion rapide, le marché mondial des batteries lithium-ion domestiques passant de 1 milliard de dollars américains en 2010 à 10 milliards de dollars américains en 2020. À l'heure actuelle, le marché des batteries lithium-ion a connu une croissance rapide. Le marché des batteries ioniques est principalement concentré en Chine, au Japon et en Corée du Sud, selon les rapports pertinents, la région Asie-Pacifique représentant plus de 70 % de la part de marché mondiale. Dans le même temps, la région européenne ne représente que 10 à 15 % du marché mondial, ce qui montre que le marché européen dispose d'un grand potentiel de développement.
Réduction des coûts
La réduction du coût des batteries lithium-ion implique de nombreux aspects, et les fabricants continuent d'améliorer les performances des batteries et de réduire les coûts des batteries grâce à la technologie, à l'amélioration des matériaux et à l'optimisation de la production. À l’avenir, avec l’approfondissement de la recherche et la maturation de la technologie, le coût de production des batteries lithium-ion diminuera également davantage.
Problèmes avec les batteries lithium-ion domestiques
Prix
Avec la maturité continue de la technologie des batteries lithium-ion, les coûts de production diminuent d’année en année. Mais en raison de la répartition inégale des matières premières, les fluctuations de prix peuvent être importantes, rendant le coût des batteries lithium-ion plus élevé que celui des batteries traditionnelles, ce qui limite leur compétitivité dans les applications à grande échelle.
Durabilité
La durée de vie des batteries lithium-ion est déterminée par le nombre de cycles, le taux de charge et de décharge, la température et d'autres facteurs. À mesure que le nombre de cycles de batterie augmente, la capacité et la puissance de sortie d'une batterie peuvent diminuer.
Problèmes environnementaux
Si les batteries lithium-ion à usage domestique offrent de nombreux avantages, elles posent également certains problèmes environnementaux. Et même si de nombreux fabricants de batteries lithium-ion ont adopté des processus de production écologiques, le traitement des déchets de batteries lithium-ion présente toujours un certain risque environnemental. Par exemple, les piles usagées contiennent des métaux lourds nocifs qui, s’ils ne sont pas traités correctement, peuvent éventuellement provoquer une contamination du sol, des sources d’eau et des écosystèmes.
Dangers pour la sécurité
Les batteries lithium-ion qui subissent des charges et décharges excessives, des températures élevées, une extrusion et d'autres conditions spéciales peuvent subir un emballement thermique, un incendie et d'autres accidents de sécurité. Malgré les améliorations continues de la technologie du système de gestion de batterie (BMS), la sécurité des batteries lithium-ion a été considérablement améliorée ; mais dans les cas extrêmes, il existe toujours la possibilité d'accidents de sécurité.
Recherche en cours sur les batteries lithium-ion
En tant que dispositif de stockage d’énergie efficace et relativement respectueux de l’environnement, les batteries lithium-ion ont fait l’objet d’une attention et de recherches approfondies ces dernières années. Les recherches actuelles visent principalement à optimiser les matériaux, la structure, la gestion des batteries, la technologie de charge rapide, la sécurité et d'autres aspects.
Innovation matérielle
Les chercheurs ont exploré de nouveaux matériaux d’électrodes positives et négatives pour améliorer la densité énergétique, la durée de vie et la sécurité des batteries. Par exemple, les matériaux à base de silicium pourraient bientôt remplacer le graphite traditionnel pour les électrodes négatives, améliorant ainsi la densité énergétique des batteries. Dans le même temps, les chercheurs explorent également de nouveaux matériaux cathodiques, tels que des matériaux riches en lithium et des matériaux riches en lithium en couches, pour améliorer la densité énergétique et la durée de vie des batteries.
Électrolytes solides
Les électrolytes solides sont l’une des technologies clés des batteries de nouvelle génération. Comparés aux électrolytes liquides utilisés dans les batteries lithium-ion traditionnelles, les électrolytes solides offrent une sécurité et une densité énergétique plus élevées. À l’heure actuelle, les chercheurs étudient le développement d’électrolytes solides à faible coût et à haute conductivité ionique pour remplacer les électrolytes liquides traditionnels.
Systèmes de gestion de batterie
Le système de gestion de batterie est un élément important dans le taux d’utilisation de l’énergie des batteries lithium-ion, prolongeant la durée de vie de la batterie et améliorant la sécurité. Les chercheurs travaillent sur des systèmes de gestion de batteries plus intelligents pour obtenir un contrôle précis et une gestion optimale des batteries.
Technologies de charge rapide
La technologie de charge rapide peut réduire le temps de charge d'une batterie et améliorer l'efficacité d'utilisation. Les chercheurs étudient des technologies de charge plus efficaces, telles que la charge par impulsions et la charge sans fil, pour atteindre des vitesses de charge plus rapides et une efficacité de charge plus élevée.
Perspectives du marché national des batteries lithium-ion
Besoins de transformation énergétique : Avec les progrès de la transformation énergétique mondiale, les sources d’énergie renouvelables telles que l’énergie solaire et l’énergie éolienne sont progressivement devenues courantes. Les batteries domestiques lithium-ion aident à stocker ces sources d’énergie intermittentes, permettant ainsi aux ménages de parvenir à un approvisionnement énergétique autosuffisant et de réduire leur dépendance aux sources d’énergie fossiles traditionnelles.
Popularité des véhicules électriques : Avec le développement rapide du marché des véhicules électriques, le système de stockage d'énergie par batterie lithium-ion domestique peut être adapté pour être utilisé comme installation de support pour les véhicules électriques, fournissant des solutions de stockage d'énergie et améliorant encore leur autonomie et leurs performances.
Politique de prix de l’électricité de pointe et de vallée : De nombreux pays et régions mettent en œuvre des politiques de tarification de l’électricité en période de pointe pour encourager les utilisateurs à facturer à bas prix et à utiliser l’électricité pendant les heures de pointe. Les batteries lithium-ion domestiques peuvent aider les utilisateurs à profiter pleinement des politiques de tarification de l’électricité en période de pointe pour réduire les coûts énergétiques.
Promotion de l’objectif de neutralité carbone : Des pays du monde entier ont proposé des objectifs de neutralité carbone pour promouvoir l’ajustement de la structure énergétique et réduire les émissions de carbone. Les systèmes de stockage d’énergie par batterie lithium-ion domestique peuvent améliorer l’efficacité énergétique, réduire les émissions de carbone et aider le monde à atteindre la neutralité carbone.
Innovation technologique: Grâce aux progrès continus dans le développement de la technologie des batteries lithium-ion, leur capacité, leur sécurité, leur durée de vie et d'autres aspects de leurs performances seront encore améliorés, réduiront les coûts et amélioreront la compétitivité sur le marché.
Incitations pour les propriétaires à utiliser des batteries lithium-ion
Japon
Le ministère japonais de l'Économie, du Commerce et de l'Industrie (METI), doté d'un budget d'environ 98.3 millions de dollars américains, accorde des subventions de 66 % aux ménages et aux entreprises qui installent des batteries électroniques au lithium. En prenant comme exemple les batteries au sodium-soufre, le gouvernement japonais apporte non seulement un soutien financier gratuit aux premiers stades de recherche et de développement, en fournissant plus de 50 % des fonds, mais fournit également un soutien incluant la technologie, le marché, les projets de démonstration et d'autres aspects, et continue accorder des subventions après son exploitation commerciale.
États-Unis
Crédits d'impôt fédéraux : Le gouvernement américain propose une gamme de crédits d'impôt pour promouvoir le développement des énergies renouvelables et des systèmes de stockage. Par exemple, le crédit d’impôt à l’investissement (ITC) et le crédit d’impôt à la production (PTC) peuvent être utilisés pour réduire le coût d’acquisition d’un système de stockage d’énergie domestique. Parallèlement, certains États offrent des incitations et des subventions substantielles pour attirer les investissements dans la production de batteries, notamment des incitations en espèces, des incitations fiscales et des droits d'utilisation des terres. Certains États réduisent également leurs factures d’électricité en mettant en œuvre des politiques de « facturation nette » qui permettent aux propriétaires de systèmes de stockage d’énergie domestique de revendre l’énergie solaire excédentaire sur le réseau.
Allemagne
Entre 2013 et 2018, le gouvernement allemand a accordé jusqu'à 30 % de subventions directes sous forme de prêts pour le stockage d'énergie domestique, et comme la consommation d'énergie est principalement liée au photovoltaïque domestique, les politiques photovoltaïques domestiques bénéfiques de l'Allemagne ont favorisé les installations de stockage d'énergie domestique.
Quelques conseils pour acheter des piles
Comprendre la composition chimique
Les batteries lithium-ion sont généralement composées d'éléments métalliques tels que le lithium, le cobalt et le nickel. Comprendre la source et le processus d'extraction de ces éléments est important pour évaluer l'impact environnemental d'une batterie. Les acheteurs peuvent demander aux fournisseurs de fournir des informations sur les matériaux des batteries et essayer de choisir des produits issus de sources durables utilisant des processus d'extraction respectueux de l'environnement. En outre, les acheteurs devraient rechercher des marques certifiées pour la protection de l'environnement, telles que la certification RoHS de l'Union européenne et la certification chinoise de la plate-forme de gestion de la traçabilité des batteries d'énergie des véhicules à énergie nouvelle.
Considérez la capacité et la densité énergétique
Les acheteurs doivent comprendre la capacité et la densité énergétique de la batterie afin de sélectionner la batterie adaptée aux besoins de leur application. En général, les batteries avec des capacités et une densité énergétique élevées peuvent offrir une durée de vie plus longue et sont plus légères. Cependant, les acheteurs doivent également prendre en compte des facteurs tels que le temps de charge et la durée de vie.
Faites attention à la sécurité de la batterie
Les batteries lithium-ion peuvent provoquer des incidents de sécurité en cas de mauvaise utilisation ou manipulation. Par conséquent, les acheteurs doivent choisir une marque de batterie qui présente un bon dossier de sécurité et qui a été rigoureusement testée. Pendant le transport et le stockage, l'acheteur doit également respecter les réglementations et normes de sécurité en vigueur.
Pensez à la vitesse de chargement
La vitesse de chargement des batteries lithium-ion est également un facteur à prendre en compte. La technologie de charge rapide peut réduire le temps de charge d'une batterie et améliorer son efficacité, mais peut également avoir un impact sur la durée de vie et la sécurité de la batterie. L'acheteur doit choisir la vitesse de charge appropriée en fonction de la demande réelle.
Considérez le cycle de vie
La durée de vie d’une batterie lithium-ion fait référence au nombre de fois où elle peut être utilisée dans certaines conditions de charge et de décharge. Une batterie avec une longue durée de vie peut offrir une durée de vie plus longue, ce qui réduit la fréquence de remplacement et la production de déchets. Les acheteurs peuvent choisir des batteries à longue durée de vie en fonction des besoins réels de l'application.
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