Batteries Lithium-Ion : des améliorations cruciales pour le réseau électrique - L'EnerGeek

Batteries Lithium-Ion : des améliorations cruciales pour le réseau électrique

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Une équipe de chercheurs canadiens vient de publier les résultats de ses travaux sur les batteries Lithium-Ion, et annonce des améliorations considérables de leur durée de vie, avec une baisse minimale de capacité. Si ces gains technologiques ne sont pas encore prêts à être industrialisés, ils pourraient grandement faciliter le déploiement des véhicules électriques à grande échelle et leur intégration au réseau électrique.

Un laboratoire annonce des résultats impressionnants sur la durée de vie des batteries Lithium-Ion

Les batteries restent le coeur technologique de l’électro-mobilité, le point où les améliorations ont l’effet le plus fort sur leur impact énergétique et leur adoption à grande échelle. L’autonomie de ces batteries fut longtemps le frein numéro 1 à l’achat d’un véhicule électrique, et il demeure un fort questionnement pour les acheteurs.

Mais une autre grande variable rentre également en jeu, et pèse de tout son poids sur l’impact écologique et l’intégration de l’électro-mobilité à des réseaux électriques décentralisés : la durée de vie de la batterie. Sur ce terrain également, des progrès considérables ont déjà été réalisés, mais une récente annonce d’un laboratoire de cherche promet un nouveau bond qualitatif.

En effet, ce 20 octobre 2020, Jeff Dahn, chercheur au laboratoire de l’université de Dalhousie (Canada), financé en partie par Tesla dans un programme de 5 ans (2016-2021), a publié les derniers résultats de ses recherches sur l’optimisation des batteries Lithium-Ion. Certes, ces améliorations ne concernent que des batteries ultra-miniaturisées (5 à 10 fois plus petites qu’une batterie de smartphone), et elles dovient encore être testées à l’échelle, et sont donc encore loin de l’industrialisation.

Reste que les résultats annoncés sont impressionnants. Jeff Dahn détaille que, sur un cycle de 10 000 chargements / déchargements à 80% de la capacité de la batterie, cette dernière conserve, au final, 90% de sa puissance. Actuellement, une batterie Lithium-Ion de véhicule électrique promet 10 ans d’utilisation avant de descendre sous les 70% de puissance, soit entre 2 000 et 3 000 cycles de charge / décharge.

Ces améliorations offrent des gains considérables pour le système énergétique, en particulier électrique

Le gain serait donc considérable. Sur la base d’une recharge de 350 kilomètres, Jeff Dahn estime qu’une telle batterie conserverait encore, en moyenne, 90% de sa capacité après 3,5 millions de kilomètres (contre 600 000 kilomètres pour 70% de capacité pour la batterie d’une Tesla Model S par exemple).

Jeff Dahn détaille aussi quels seraient les gains les plus évidents d’une batterie à la durée de vie ainsi optimisée. Le premier serait bien évidemment de conserver plus longtemps une capacité maximale, et donc de limiter le remplacement de ces batteries, avec un gain économique pour l’utilisateur et écologique pour la planète.

Le second serait de faciliter grandement l’adoption de la technologie de Vehicle-to-Grid (V2G), qui consiste à utiliser les batteries des véhicules électriques à l’arrêt comme des réserves pour le réseau en cas de pointe de consommation électrique. Le V2G occasionne un plus grand nombre de cycle de charge / décharge pour la batterie, mais permettrait d’augmenter la part de renouvelables intermittents dans le mix électrique.

Enfin, dernier avantage : en cas de saut technologique, voire de changement de paradigme (si la mobilité propre bascule vers l’hydrogène par exemple, ou avec d’autres technologies de batteries), les batteries pourront toujours être ré-utilisées dans le stockage stationnaire d’électricité pendant de longues années.

Rédigé par : La Rédaction

La Rédaction
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COMMENTAIRES

  • Le “vehicle-to-grid” est l’une des dernières imbécilités à la mode.

    Déjà, il faut savoir que lorsqu’un véhicule est chargé, une partie de l’électricité venant du réseau est perdue dans le chargeur, variable selon l’intensité du courant de charge, suivant le niveau de charge de la batterie et la température. Cela entraîne une perte de 10% environ, sauf en fin de charge lorsque le chargeur est dans une zone de rendement bien plus faible.

    C’est aussi ce qu’ont constaté des possesseurs de voitures électriques, indiquant sur des forum dédiés les consommations constatées pour les charges de leur voiture dans différentes conditions et avec différents chargeurs.

    Lors de la décharge, la même perte de rendement se constate. Ainsi, pour un cycle complet de charge et décharge, le rendement est seulement de 70% à 80% (20% à 30% de perte).

    A cela, il faut ajouter la perte dans les transformateurs à différents niveaux et dans chaque sens. A condition que le transformateur local soit équipé pour faire remonter le courant de la basse tension vers la moyenne tension. La dégradation supplémentaire des batteries doit aussi être prise en compte.

    Mais le V2G est envisagé par certains agrégateurs pour se faire de l’argent aux dépends d’automobilistes naïfs, en leur promettant quelques miettes financières de leurs opérations.

    Car l’électricité n’a pas le même prix sur les marchés de gros en fonction des périodes de l’année et des heures. Sa valeur peut être très élevée, sur le marché français plus qu’ailleurs, lors des périodes de grands froids et en soirée.
    L’agrégateur peut vous acheter l’électricité de votre batterie à 20 centimes d’euro le kWh pour la revendre sur le marché de gros à 20€ ou 200€ le kWh. Cette électricité que vous devrez payer à nouveau pour recharger votre batterie.

    Une solution beaucoup plus intelligente commence à se développer dans plusieurs pays : des systèmes de stockages associés à des parcs éoliens et solaires, permettant de stocker une partie de l’électricité produite pour la restituer aux heures de pointe. Cela de façon optimisée et avec peu de pertes, pour une durée de stockage le plus souvent de quatre heures.

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  • Raisonnement ridicule et faux.
    Le V2G sans être la panacée n’exclu pas le stationnaire en local près des sites de production ENR car cela n’a pas le même but.
    les VE connectés aux réseau auront un rôle stabilisateur capable d’absorber et résorber les variations de l’ensemble du réseau de production.
    Un simple calcul montre que 40 millions de VE (soit le parc de véhicules personnels actuel) équipé de batteries de 50 KWh fournit une masselotte de régulation électrique de 2 TWh.
    Par ailleurs votre explications vaseuses qui parle des pertes au chargement puis au déchargement qui ensuite ajoute des pertes aux transformateurs du chargement puiss des pertes au transformateurs au déchargement, puis (vous avez oublié les pertes résistives au chargement et au déchargement plus les pertes capacitives au chargement et au déchargement…. ben oui avec les transfo vous ne parlez que des pertes inductives….) Bon quand on passe son temps à ajouter plusieurs fois la même chose en global puis en détail on fini par avois 300% de pertes (et même plus, il suffit de décomposer encore plus le détail des pertes sur les pertes, à la manière des fractals. C’est le genre d’argument utiliser pour magnifier ce que l’on veut démontrer, vous devriez faire de la politique c’est leur spécialité.

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  • V2G imbécilité ? comme vous y allez ! Qui dit que V2G sera la seul et exclusive manière de stocker l’énergie électrique. D’ailleurs à la fin vous dites vous parler de systèmes de stockages associés qui pour le plus grand nombre seront des batteries en seconde vie des VE.
    Oui le V2G est une bonne idée en parallèle des stockages dits stationnaires.

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  • Le stockage stationnaire n’a rien à voir avec le V2G (vehicule-to-grid), car ce ne sont pas des véhicules qui sont utilisés, mais de gros ensembles de batteries assemblés dans des conteneurs ressemblant à ceux utilisés dans le transport maritime.

    Ce stockage stationnaire n’utilise pas de batteries usagées de véhicules, d’une façon générale, bien que ce soit parfois le cas.

    Ces installations sont optimisées pour plusieurs usages complémentaires. D’une part pour éviter d’injecter sur le réseau une partie de l’électricité au moment où elle est produite,afin de la livrer à des moments de plus forte demande. D’autre part, elles sont utilisées pour le réglage de la fréquence et de la tension, pour injecter de l’énergie réactive en cas de besoin et comme réserve primaire, choses que le nucléaire ne peut pas faire.

    Ces installations sont de plus en plus souvent installées à proximité des parcs éoliens et solaires. D’ailleurs, certains appels d’offres pour le solaire incluent une composante stockage, comme cela a été récemment le cas en France et au Portugal, mais aussi ailleurs.

    Une des réponses est beaucoup plus vaseuse que ce qu’elle prétend contester. La question des pertes de rendement en charge et en décharge, aussi bien au niveau interne des batteries que des chargeurs, onduleurs et transformateurs est rarement abordée dans la littérature scientifique. Bien souvent il est dit “on suppose que”.

    Pour permettre à chacun de mieux comprendre et de façon simple cette question, il suffit de se rendre sur l’un des fils de discussion d’un forum dédié à la voiture Zoé (rendement de charge et décharge ou autre).

    Perdre 20% à 30% d’une électricité qu’il faut toujours éviter de gaspiller, comme pour d’autres énergies, ce n’est vraiment pas une bonne idée. Surtout lorsque des moyens mieux adaptés et plus économes commencent à se développer.

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  • La véritable imbécilité est de stocker l’énergie car dès qu’on stocke, on perds( à la charge puis à la décharge.)
    Et c’est pour cela que l’éolien et le solaire sont une connerie car étant intermittent, cela rend le stockage obligatoire.
    D’ailleurs aujourd’hui, on ne stocke quasiment pas l’énergie solaire ou éolienne mais on fait fonctionner des turbines à gaz ou des barrages pour pallier à leur intermittence.
    Stocker dégraderait encore leurs rendement très médiocre (de 15% pour le solaire par exemple)

    L’idéal est donc de produire quand c’est nécessaire et c’est tout.
    Qu’on stocke dans une batterie de voiture ou stationnaire ni change rien.
    Mais l’avantage des batteries de voitures et qu’elle sont déja la donc pas besoin de préléver des ressources naturelles supplémentaires pour construire toujours plus de batterie.
    Le V2G en est a ses débuts et le rendement pourront sans aucun doute être amélioré.

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  • Comme c’est curieux ! L’agence internationale de l’énergie est vraiment un ramassis d’imbéciles puisqu’elle estime qu’ensemble, l’éolien et le solaire représenteraient 20% (scénario BAU) ou 30% (scénario soutenable) de l’électricité mondiale en 2030. Le nucléaire resterait autour de 10% dans chaque cas.

    Un stockage d’énergie est toujours nécessaire. Depuis des décennies, le stockage de l’électricité dans les stations de transfert d’énergie par pompage (STEP) est venu compléter le nucléaire et les fossiles aux heures de pointe.

    Les turbines à gaz et les barrages, mais aussi le charbon et le pétrole, ont aussi pallié aux insuffisances du nucléaire depuis 40 ans.

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  • “Les turbines à gaz et les barrages, mais aussi le charbon et le pétrole, ont aussi pallié aux insuffisances du nucléaire depuis 40 ans.”
    D’abord on n’utilise pas le pétrole pour produire de l’éléctricité ou de façon très marginal celui-ci étant reservé pour les transports
    Et pour la production d’éléctricité par charbon, non seulement celle-ci est très faible en france (0,08%) mais elle est sollicité extrement rarement et principalement en hiver.
    Pour les turbines à gaz et les barrages, elles sont sollicitée pour faire du suivi de charge de façon transitoire mais de la même façon, elles sont sollicités très peu et à des niveaux très faibles en comparaison de ce que ça serait si il fallait pallier l’intermittence de solaire + Eolien.
    Car là, on ne parle plus de produire uniquement une petite fraction du total aux heures de pointes. mais potentiellement de produire 100% du total avec des turbines à gaz donc des énergie fossile ( exemple de l’espagne, et du royaume-uni)
    Ou est l’écologie la dedans. ?

    Je ne doute pas qu’il y ait des gens pour dire que l’éolien et le solaire c’est génial, après tout, il y a bien des gens pour dire que le redemsivir ça marche contre le COVID.

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  • En 2019, le charbon a représenté 0,30% de la production d’électricité en France, le pétrole 0,51%, le gaz 6,95% et le nucléaire 70,82%. En 2012, pour une production totale équivalente, c’était respectivement 3,23% – 0,86% – 4,64% et 75,0%.

    Avec une proportion à peu près identique pour l’hydraulique, la part des renouvelables est passée de 16,3% à 21,4%. En passant de 3,46% à 8,51%, éolien + solaire ont remplacé la plus grande partie du charbon et une bonne partie du pétrole.

    Paradoxalement, alors que la production totale d’électricité du mois de juillet 2019 a été de 7,5% de celle de l’année, celle du charbon a été de 4,4% et celle du fioul de 9,1%, en plein été.

    Notons que dans le monde, seules les énergies renouvelables ont pu faire diminuer la proportion des fossiles dans la production d’électricité. Ce n’est évidemment pas le cas du nucléaire, au contraire.

    En pourcentage, la production d’électricité est passée de 10,8% en 2012 à 10,4% en 2019 pour le nucléaire (c’était 16,6% en 2000 et 12,8% en 2010), de 68,5% à 63,6% pour les fossiles et de 20,7% à 26,0% pour les renouvelables. La part du charbon est passée de 40,9% à 36,4% aux mêmes dates.

    En valeur absolue, les fossiles semblent avoir atteint leur maximum de production en 2018, avec 17.300 TWh, suivi d’une légère diminution en 2019, diminution qui sera plus importante cette année. Pour le charbon, c’est passé de 10.100 TWh en 2018 à 9.800 TWh en 2019.

    Le nucléaire, en 2019, rejoint à peine son niveau de 2006 avec 2.800 TWh, alors que les énergies renouvelables en sont déjà à 7.030 TWh, les énergies renouvelables autres que l’hydraulique dépassant légèrement le nucléaire pour la première fois.

    Enfin, l’électricité ne contribue que pour 20% des émissions de gaz à effet de serre (GES) dans le monde. Pour information, remplacer toutes les centrales nucléaires dans le monde par des centrales à gaz n’augmenterait les GES que de 2,3%.

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  • “Pour information, remplacer toutes les centrales nucléaires dans le monde par des centrales à gaz n’augmenterait les GES que de 2,3%.”

    C’est à dire l’équivalent de tout le transport aérien ou la moitié du parc automobile mondial.

    Une paille!!!!

    Parler d’augmenter les GES du moindre gramme est criminelle quand on sait que la neutralité carbone doit être atteinte dans 30 ans si on veut éviter un désastre.

    Mais merci de cette précision, vous nous faîtes que confirmer que ceux qui ne veulent pas du nucléaire font en réalité le choix des énérgies fossiles.

    Vous ne faîtes que comparer des chiffres stupides en choissisant les années de sortes à ce faire croire que le nucléaire est en déclin.
    Il y a des projets nucléaires partout dans le monde: En pologne, au royaume-Uni, en france En turquie , en Russie, en chine, en Inde, en finlande, a abu-dabi….etc…

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  • Par contre, remplacer toutes les centrales nucléaires par des énergies renouvelables est possible en quelques années. Ce qui n’augmente en aucune manière les GES.

    L’augmentation de la production annuelle d’électricité renouvelable entre 2010 et 2019 a été de 2.830 TWh, soit un peu plus que la production d’électricité nucléaire de 2019.

    Si toutes les centrales nucléaires étaient arrêtées dans le monde, il suffirait de cinq à six années, au rythme de progression actuel, pour produire 3.000 à 4.000 TWh de plus avec les énergies renouvelables.

    Pour les projets nucléaires … ce sont des projets. Beaucoup ne seront jamais réalisés. Certains seront réalisés, dans un délai assez long en général, plus de huit ans pour ceux mis en service au cours des cinq dernières années. Une bonne dizaine sont en construction depuis plus de dix ans. Certains ont mis plus de trente ans avant d’être terminés, d’autres ont été abandonnés en cours de route.

    Si le nucléaire n’est pas en déclin absolu pour le moment, il est en déclin relatif depuis 2004, et même depuis 1995 si l’on ne compte pas un creux entre 1995 et 2003, dans la production d’électricité mondiale. En France même, le maximum de production de 2005 (430 TWh) n’a jamais été atteint depuis.

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