Dernières percées en matière de technologie de batterie
Apprenez-en plus sur les technologies actuelles et améliorées des batteries
La complexité grandissante, ainsi que la taille des systèmes commerciaux et industriels, a rehaussé les besoins en ce qui a trait à des batteries plus fiables. En plus de répondre à la demande de produits écologiques, les chercheurs et les fabricants souhaitent également produire des solutions plus durables. Le présent article traite des technologies actuelles et des nouvelles technologies de batteries, ainsi que des innovations que vous devez connaître.
Produire des batteries efficaces est plus important que jamais pour les systèmes modernes, que ce soit à titre de source principale d'énergie ou de solutions de secours, comme dans le cas des alarmes d'incendie et des systèmes de sécurité et d'urgence. Les batteries offrent une alimentation de secours ainsi que la tranquillité d'esprit de savoir que les systèmes resteront opérationnels même en cas de panne d'électricité (ou de coupure non intentionnelle des lignes électriques).
Les intégrateurs modernes ont également recours à des batteries pour les appareils électriques résidentiels, les dispositifs mobiles, les systèmes d'aviations et les solutions de stockage.
Les véhicules électriques et la gestion de l'énergie sont devenus des motivations importantes pour les percés du domaine depuis quelques années. Les exigences d'efficacité et d'économie ont mené à de nouveaux types de batteries, que nous aborderons plus loin dans cet article.
Comprendre les nouvelles technologies de batterie pourra aider les intégrateurs à mieux évaluer l'équipement et à choisir les batteries les plus efficaces pour tous leurs projets, en particulier dans le cas des alarmes d'incendie et des systèmes de sécurité.
Les entreprises surveillent plus que jamais les prix. En déployant des solutions de batteries avancées, les intégrateurs pourront faire économiser du temps et de l'argent à leurs clients, tout en offrant des fonctionnalités évoluées et une fiabilité accrue.
La durabilité continue de motiver les nouvelles technologies de batterie. Les véhicules électriques sont intrinsèquement plus écologiques, comparativement aux moteurs à combustion. Malgré tout, les technologies de batterie actuelles sont loin d'être la solution idéale. Les batteries lithium-ion exigent des métaux difficiles à acquérir, sont difficiles à éliminer et sont hautement inflammables. Ces inconvénients poussent ainsi les chercheurs à explorer d'autres matériaux.
Les technologies d'IA sont une tendance qui favorise les percées d'alimentation en batterie. Le World Economic Forum a récemment signalé que l'IA de Microsof a découvert un électrolyte solide permettant de réduire l'utilisation du lithium de 70 %. L'IA peut également jouer un rôle important pour une gestion intelligente et dynamique de l'énergie. On peut penser, par exemple, au chargement automatique des véhicules électriques durant les périodes hors pointes.
Les modèles d'apprentissage automatique permettent également l'optimisation des systèmes de gestion de l'énergie afin d'en favoriser la durabilité et les coûts, selon Monolith, chef de file du Royaume-Uni en matière d'IA. Combiné à l'Internet des Objets (IdO), qui est en mesure de faire le suivi de l'énergie et du stockage, l'apprentissage automatique peut gérer le chargement automatique des appareils et encourager une gestion plus astucieuse.
En outre, les nanotechnologies ont le potentiel d'améliorer la durabilité, la sécurité, l'efficacité et la durée de vie des batteries au lithium. Par exemple, des nanofils de silicium utilisées pour les électrodes ont une capacité de rétention des ions de lithium dix fois plus grande, comparativement au graphite couramment utilisé de nos jours, selon le fabricant de batteries Amprius. Les batteries à anode en silicone seront ainsi plus plus rapides à charger et auront une durée de vie plus longue, réduisant de la sorte la quantité de déchets générée ainsi que la production de batteries de remplacement.
Au fil des années, les technologies de batterie les plus courantes se sont significativement améliorées, notamment en ce qui concerne la densité d'énergie, les possibilités de chargement rapide, la capacité et la rentabilité.
L'évolution des batteries basées sur les technologies traditionnelles ne sont ainsi pas prêtes de devenir obsolètes, du moins pas avant d'avoir trouvé une technologie de remplacement capable de répondre aux besoins de densité et aux autres défis actuels.
Les batteries au plomb acide présentent une alimentation fiable et économique. Selon la Battery Council International (BCI), les batteries au plomb acide répondent à 50 % des besoins d'alimentation rechargeable partout sur la planète.
Cette technologie de batterie est utilisée dans une vaste variété d'industries et d'applications, y compris les alimentations pour système sans interruption (ASI), les centres de données, les établissements médicaux, les secteurs de sécurité et de sécurité publique et les réseaux de communication.
Comparativement aux autres types de batterie, les batteries plomb-acide présentent une durée de vie plus courte, des risques de sécurité accrus et des exigences d'entretien plus grandes. Toutefois, il s'agit d'une solution économique, et les nouvelles versions dotées d'une conception d'électrode et d'une formulation d'électrolytes améliorées sauront répondre à certains des désavantages.
Les batteries SLA sont rechargeables, à l'épreuve des fuites et présente une conception à base de plomb. Elles sont également sans entretien et plus sécuritaires que les batteries ouvertes.
Grâce à ses avantages, comme la haute durabilité et la possibilité de répondre à des pointes de courant élevées, ces batteries sont utilisées dans des applications de système d'incendie, de système d'alarme, d'ASI, d'éclairage d'urgence, d'équipement commercial varié ainsi que toute autre application nécessitant une alimentation de secours ou une alimentation hors réseau.
Au cours des dernières années, les batteries à tapis de verre absorbant (AGM) ont reçu un gain d'intérêt appréciable. Comparativement aux batteries SLA traditionnelles, la solution de batterie AGM offre une tension de sortie plus importante ainsi qu'une meilleure durée de vie, même à cycle profond. Elles présentent également une excellente fiabilité électrique et une meilleure efficacité de chargement.
Les piles au lithium utilisent une solution électrolyte liquide. Elles sont un des choix les plus performants pour le secteur de l'électronique. Bien que leur prix soit plus élevé, les piles au lithium peuvent avoir une durée de vie six fois plus grande, comparativement aux piles alcalines (selon le fabricant). Les piles au lithium servent à l'équipement électronique, y compris les caméras, les détecteurs de fumée, les outils motorisés et d'autres appareils du genre.
Les batteries lithium-ion (Li-ion) sont une version réellement améliorée, comparativement aux piles au lithium standard. Elles deviennent ainsi le choix tout aller dans l'industrie de l'électronique.
En raison de leur possibilité de rechargement, les batteries Li-ion sont plus économiques à long terme. De plus, elles permettent une réduction des déchets produits. Une des améliorations les plus importantes de la technologie des batteries Li-ion est l'amélioration de la densité d'énergie, offrant de la sorte une meilleure durée de vie. De plus, bien que le coût des batteries Li-ion soit plus élevé que les autres types de batterie, la différence s'est amoindrie au cours des dix dernières années. En plus d'offrir une alimentation fiable pour les appareils électroniques, les batteries Li-ion peuvent également être utilisées dans des systèmes plus complexes, y compris les systèmes d'alimentation de secours et les systèmes de surveillance ou d'alarme.
Avec la hausse de la demande pour des technologies vertes et plus durables, les chercheurs et les fabricants s'affairent à mettre au point de nouveaux types de batteries moins dommageables pour l'environnement. Ces innovations pourraient également traiter d'autres problèmes associés aux batteries Li-ion, comme la durée de vie et la sécurité.
Les nouvelles technologies de batteries promettent de révolutionner l'industrie avec la possibilité de produire des appareils électroniques rechargeables plus durables, abordables, accessibles et sécuritaires.
La technologie de batterie à électrolyte solide génère beaucoup d'enthousiasme dans de nombreux secteurs, du stockage d'énergie aux véhicules électriques, en passant par les produits électroniques grand public. De façon similaire aux batteries Li-ion qui sont rapidement devenues le meilleur choix de batterie récemment, les chercheurs prévoient que la même situation se produira pour les batteries à électrolyte solide.
Actuellement, le plus grand facteur de préoccupation à propos des batteries Li-ion est la sécurité, notamment en raison de la présence d'électrolytes liquides inflammables, qui peuvent causer des incendies ou même des explosions. Par contre, les électrolytiques des batteries à électrolyte sont solides et ininflammables. Il s'agit donc d'une solution énormément plus sécuritaire.
Ces percées en matière de batteries promettent une grande variété d'avantages, y compris une meilleure durée de vie, une meilleure performance générale et une meilleure densité d'énergie (jusqu'à 10 fois plus grande, comparativement aux batteries Li-ion). Les batteries à électrolyte solide peuvent également être mises au point à partir de matériaux plus économiques et écologiques. Ils pourraient donc être un choix plus durable pour le futur.
Le fabricant de batteries lithium-soufre Lyten, basé à San Jose, en Californie, affirme que sa nouvelle technologie de batterie « pourra électrifier tout ce qui bouge ». Cela comprend non seulement les produits électroniques et les véhicules électriques commerciaux, mais également les drones, les applications de défense et les solutions de mobilité et de micromobilité.
Les batteries lithium-soufre exploitent une cathode en soufre et une anode lithium-métal. Elles présentent une plus grande densité d'énergie, et ce, dans un format plus petit et moins lourd. En éliminant les métaux lourds qu'il est nécessaire d'extraire des mines, comme le nickel, le cobalt, le graphite, le fer et le phosphore, les batteries lithium-soufre sont ainsi plus légères et plus écologiques.
Elles peuvent être produites dans des mégausines partout dans le monde à partir de métaux extraits localement et facilement accessibles. Un tel produit permettrait également aux fabricants de produits électroniques de réduire les coûts de production et la nécessité d'importer des composants difficiles d'accès.
La technologie de batterie sodium-ion est une autre solution envisageable pour remplacer les batteries Li-ion. Ainsi, les batteries Na-ion pourraient être plus durables et économiques, car le sodium est une ressource abondante et plus accessible que le lithium.
De manière comparable aux batteries à électrolyte solide, les batteries Ni-ion sont faites à partir d'électrolytes ininflammables et offrent des temps de chargement plus rapides. Toutefois, les batteries Na-Ion actuelles présentent actuellement une moins bonne densité d'énergie que celles au Li-ion. Ainsi, elles s'avèrent une meilleure option pour les systèmes de stockage d'énergie stationnaires. Les chercheurs continuent néanmoins d'améliorer la technologie de batterie Na-ion afin d'en améliorer la densité d'énergie.
En 2023, le MIT a élaboré un cadre de modélisation visant à améliorer la vitesse de mise au point des batteries à oxydoréduction. Cette technologie exploite des matériaux de charge-stockage solides qui peuvent être dissous dans des solutions électrolytes et qui pourront circuler jusqu'aux électrodes.
Puisque l'énergie est entreposée dans des réservoirs, séparés du réacteur, les fabricants peuvent en ajuster la capacité et la puissante de manière séparée. De la sorte, les batteries à oxydoréduction sont polyvalentes et s'adaptent à une variété d'applications.
L'inconvénient des batteries à oxydoréduction actuelles est qu'elles sont plus lentes à charger que leurs homologues au Li-ion. Elles ne sont donc pas très intéressantes pour les véhicules électriques, les appareils mobiles et les appareils électroniques résidentiels. Toutefois, leur faible coût et leur capacité d'énergie en font un choix bien adapté aux applications de stockage d'énergie.
Aujourd'hui, les batteries à oxydoréduction au vanadium peuvent emmagasiner entre 10 et 36 heures d'énergie. Elles sont le choix parfait pour les centrales électriques solaires ou éoliennes et qui doivent prévoir une source de rechange pour répondre à la demande lorsqu'il n'y a pas de vent ou de soleil, selon le Chemical & Engineering News. Bien que la publication qualifie les batteries à oxydoréduction comme étant « un dispositif de stockage d'énergie oublié », d'ici 2023, ces batteries pourraient représenter des parts de marché pouvant atteindre 22 milliards.
Les batteries aluminium-ion (AIB) et magnésium-ion (MIB) présentent des propriétés similaires. Tout comme c'est le cas pour les batteries Li-ion, ces premières génèrent de l'énergie lors du déplacement des ions, de l'électrode négative vers l'électrode positive. Les batteries AIB et MIB promettent toutes deux de meilleures caractéristiques d'énergie et de densité, et ce, à moindres coûts, comparativement aux batteries lithium-ion. L'aluminium et le magnésium sont des métaux abordables et facilement accessibles ayant la possibilité de réduire le coût des batteries.
Les batteries aluminium-ion présentent également de meilleurs temps de chargement que les batteries Li-ion. En raison du fait que les ions d'aluminium échangent trois électrons, alors que les batteries Li-ion n'en échange qu'un seul, la capacité d'une batterie AIB est ainsi trois fois supérieur à sa concurrente. De plus, les batteries AIP tendent à avoir une plus faible tension, ce qui améliore la durée de vie, l'efficacité et la durabilité en général, selon le blogue Ufine Battery.
Tout comme les batteries AIB, les batteries MIB présentent une meilleure densité d'énergie, car leur taux d'échange d'électrons est le double du lithium. Les chercheurs tentent également d'exploiter les technologies de batteries à ions métalliques aqueux. Celles-ci visent à répondre aux questions de sécurité et écologiques qui se posent à la fin du cycle de vie des batteries. Ces batteries pourraient ainsi être désassemblées, et les matériaux réutilisés ou recyclés, selon un article publié sur CleanTechnica.com.
Des batteries acide-plomb et au lithium aux nouvelles conceptions de batteries innovantes, l'avenir des prochaines batteries a le potentiel de mener à une utilisation d'énergie plus efficace, sécuritaire et durable.
Lors du choix d'une batterie pour votre projet, vous devez prendre en considération la consommation électrique de l'appareil, la durée d'exécution souhaitée et l'environnement d'utilisation. Il est également important de s'assurer que la batterie utilisée est conforme aux exigences de sécurité qui s'appliquent.
Une solution de secours robuste en matière d'alimentation est cruciale en cas de panne. Découvrez les différents types de batteries au plomb-acide scellées (SLA pour Sealed Lead Acid en anglais) et leurs avantages dans le contexte d'une installation.
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