Quels sont les types de batteries pour véhicules à énergies nouvelles ?

Les batteries au plomb, technologie relativement mature, restent les seules batteries utilisées pour les véhicules électriques produits en série en raison de leur faible coût et de leur capacité de décharge élevée. Cependant, leur énergie spécifique, leur puissance spécifique et leur densité énergétique sont très faibles, ce qui limite les performances et l'autonomie des véhicules électriques qui les utilisent.

2. Batteries nickel-cadmium et batteries nickel-hydrure métallique

La batterie nickel-cadmium (NiCd) est un type de batterie de stockage répandu. Elle utilise l'hydroxyde de nickel (NiOH) et le cadmium métallique (Cd) comme réactifs pour produire de l'électricité. Bien que ses performances soient supérieures à celles des batteries au plomb, elle contient des métaux lourds et pollue l'environnement une fois usagée.

La batterie nickel-cadmium peut être chargée et déchargée plus de 500 fois, ce qui la rend économique et durable. Sa faible résistance interne lui permet une charge rapide et une capacité à fournir un courant élevé. De plus, la variation de tension lors de la décharge est minime, ce qui en fait une batterie idéale pour les alimentations CC. Comparée à d'autres types de batteries, la batterie nickel-cadmium supporte aussi bien la surcharge que la décharge profonde.

Les batteries nickel-hydrure métallique sont composées d'ions hydrogène et de nickel métallique. Leur réserve d'énergie est supérieure de 30 % à celle des batteries nickel-cadmium, elles sont plus légères, ont une durée de vie plus longue et ne polluent pas l'environnement, mais leur prix est beaucoup plus élevé.

3, batterie au lithium

Les batteries au lithium utilisent du lithium métallique ou un alliage de lithium comme matériau d'électrode négative et une solution électrolytique non aqueuse. On distingue deux grandes catégories de batteries au lithium : les batteries au lithium métal et les batteries lithium-ion. Ces dernières ne contiennent pas de lithium métallique et sont rechargeables.

Les batteries au lithium métal utilisent généralement du dioxyde de manganèse comme matériau d'électrode positive, du lithium métal ou son alliage comme matériau d'électrode négative, et une solution électrolytique non aqueuse. Leur composition principale comprend : un matériau d'électrode positive, un matériau d'électrode négative, une membrane et un électrolyte.

Parmi les matériaux de cathode, les plus couramment utilisés sont le cobaltate de lithium, le manganate de lithium, le phosphate de fer lithié et les matériaux ternaires (polymères de nickel-cobalt-manganèse). Le matériau d'électrode positive représente une part importante (le rapport massique entre les matériaux d'électrode positive et négative est de 3:1 à 4:1), car ses performances influent directement sur celles de la batterie lithium-ion, et son coût détermine directement le prix de cette dernière.

Parmi les matériaux d'électrode négative, les plus couramment utilisés sont le graphite naturel et le graphite artificiel. Les matériaux d'anode étudiés comprennent les nitrures, le PAS, les oxydes à base d'étain, les alliages d'étain, les nanomatériaux d'anode et d'autres composés intermétalliques. Composants majeurs des batteries au lithium, les matériaux d'électrode négative jouent un rôle crucial dans l'amélioration de la capacité et de la durée de vie des batteries, et constituent un élément central du développement de l'industrie des batteries au lithium.

4. Piles à combustible

Une pile à combustible est un dispositif de conversion d'énergie électrochimique sans combustion. L'énergie chimique de l'hydrogène (ou d'autres combustibles) et de l'oxygène est convertie en continu en électricité. Son principe de fonctionnement repose sur l'oxydation de H₂ en H⁺ et e⁻ sous l'action d'un catalyseur à l'anode. Les ions H⁺ atteignent l'électrode positive à travers une membrane échangeuse de protons, réagissent avec O₂ pour former de l'eau à la cathode, et les ions e⁻ atteignent la cathode via le circuit externe. Cette réaction continue génère un courant électrique. Bien que le terme « pile à combustible » soit parfois utilisé, il ne s'agit pas d'un dispositif de stockage d'énergie au sens traditionnel du terme, mais d'un générateur d'électricité. C'est là la principale différence entre les piles à combustible et les batteries classiques.

Pour tester la fatigue et la durée de vie des batteries, notre société utilise divers équipements de test tels qu'une chambre de test à température et humidité constantes, une chambre de test de choc thermique, une chambre de test de vieillissement à lampe au xénon et une chambre de test de vieillissement aux UV.

Chambre d'essai à température et humidité constantes : cet équipement permet de contrôler la température et l'humidité afin de simuler différents environnements. En soumettant les batteries à des tests de longue durée dans diverses conditions de température et d'humidité, nous pouvons évaluer leur stabilité et l'évolution de leurs performances.

Chambre d'essai de choc thermique : Cette chambre simule les variations de température rapides que les batteries peuvent subir en fonctionnement. En exposant les batteries à des variations de température extrêmes, comme des transitions rapides entre des températures élevées et basses, nous pouvons évaluer leurs performances et leur fiabilité face à ces fluctuations.

Chambre d'essai de vieillissement à lampes au xénon : cet équipement reproduit les conditions d'ensoleillement en exposant les batteries à un rayonnement lumineux intense émis par des lampes au xénon. Cette simulation permet d'évaluer la dégradation des performances et la durabilité de la batterie lors d'une exposition prolongée à la lumière.

Chambre de test de vieillissement aux UV : Cette chambre simule les environnements de rayonnement ultraviolet. En exposant les batteries à la lumière UV, nous pouvons simuler leurs performances et leur durabilité dans des conditions d’exposition prolongée aux UV.
L'utilisation combinée de ces équipements de test permet de réaliser des tests complets de fatigue et de durée de vie des batteries. Il est important de noter qu'avant de procéder à ces tests, il est essentiel de respecter les consignes de sécurité en vigueur et de suivre scrupuleusement le mode d'emploi des équipements afin de garantir des procédures de test précises et sûres.