Systèmes de stockage hybrides et solutions de stockage : Vieillissement des batteries - La voie vers des systèmes énergétiques plus durables et des prévisions fiables

📡 La recherche constante d'améliorations dans la technologie de stockage d'énergie a conduit à des innovations fascinantes, notamment des systèmes de stockage hybrides. Ces systèmes pionniers combinent différentes technologies de stockage pour compenser les inconvénients de chaque technologie et exploiter de manière optimale leurs avantages. Un exemple frappant est le couplage de batteries lithium-ion et de supercondensateurs. L'Institut Fraunhofer pour l'économie de l'énergie et la technologie des systèmes énergétiques (IEE), en collaboration avec Skeleton Technologies et AVL, a réalisé des progrès significatifs dans la technologie de prédiction du vieillissement des batteries dans le cadre du projet de recherche « SukoBa », qui pourraient révolutionner l'application des systèmes de stockage hybrides.

🔋 La synergie des batteries lithium-ion et des supercondensateurs

Un système de stockage hybride intégrant à la fois des batteries lithium-ion et des supercondensateurs exploite les atouts des deux technologies tout en atténuant leurs faiblesses. Les supercondensateurs sont capables d’absorber et de libérer de grandes quantités d’énergie en un temps extrêmement court. Cependant, cette rapidité du processus de charge et de décharge n’entraîne pas de vieillissement significatif car les intensités de courant ne sont pas limitées par les processus électrochimiques, mais par les capacités physiques de stockage. En revanche, les supercondensateurs ont une faible densité énergétique, ce qui signifie qu’ils ne peuvent pas stocker beaucoup d’énergie à la fois.

Les batteries lithium-ion, en revanche, offrent une densité énergétique élevée et peuvent donc stocker de grandes quantités d'énergie, mais elles sont sensibles aux pics de courant élevés, ce qui peut entraîner une usure accrue et une durée de vie raccourcie. Ces batteries ne conviennent donc pas aux applications dans lesquelles des changements de charge fréquents et intensifs se produisent, comme dans les véhicules électriques ou les engins de chantier. C’est là que les supercondensateurs entrent en jeu. Ils peuvent absorber les pics de charge sans solliciter la batterie, ce qui permet une utilisation plus uniforme et plus douce de la batterie.

🔎 Le projet de recherche SukoBa et BaSiS

Dans le projet « SukoBa », un environnement de simulation appelé BaSiS – Battery Simulation Studio – a été développé, qui vise à optimiser l'interaction dans les systèmes de stockage hybrides. Au cœur de cette technologie se trouve un modèle de dégradation qui fournit des prévisions précises sur le vieillissement des batteries lorsqu’elles fonctionnent avec des supercondensateurs. Grâce au logiciel BaSiS, les chercheurs et ingénieurs peuvent désormais parcourir différentes configurations et scénarios de fonctionnement et analyser leurs effets sur le vieillissement des batteries.

BaSiS aide à ajuster les conditions de fonctionnement de la batterie et les algorithmes de contrôle pour atteindre une durée de vie maximale à un coût minimum. Cette flexibilité est particulièrement précieuse car elle permet d’intégrer et de tester rapidement les nouvelles tendances et technologies dans la recherche sur les batteries et les supercondensateurs.

💡 Avantages des systèmes de stockage hybrides en pratique

Les systèmes de stockage hybrides offrent de nombreux avantages qui vont bien au-delà des aspects techniques de base. Ils permettent une utilisation plus efficace de l’énergie dans les véhicules électriques, les engins de chantier et le stockage d’énergie stationnaire. Un avantage clé est la durée de vie prolongée de la batterie. En atténuant les pics de charge, le stress thermique dans la batterie est réduit, ce qui entraîne moins d'usure et donc une durée de vie plus longue. Cela réduit à son tour les coûts globaux puisque les batteries de remplacement doivent être achetées et installées moins fréquemment.

Un autre avantage est l’amélioration des performances. Les supercondensateurs peuvent absorber les changements de charge plus rapidement, ce qui se traduit par une meilleure réactivité de l'ensemble du système. Ceci est particulièrement important dans les situations où des niveaux de courant élevés et rapides sont requis, par exemple lors du démarrage de moteurs électriques ou de la récupération de l'énergie de freinage (récupération).

🌍 L'importance économique et écologique

Les technologies visant à améliorer le vieillissement des batteries et l’efficacité des systèmes de stockage hybrides ont également des impacts économiques et environnementaux importants. La prolongation de la durée de vie des batteries réduit les coûts, ce qui conduit à une acceptation et une application plus larges de ces technologies. De plus, les batteries jouent un rôle central dans la transition énergétique vers les énergies renouvelables. Des systèmes de stockage d’énergie plus efficaces et plus durables contribuent à atténuer les fluctuations de l’approvisionnement énergétique, ce qui est crucial pour l’intégration de l’énergie éolienne et solaire dans le réseau électrique.

D'un point de vue environnemental, une durée de vie plus longue des batteries signifie également une réduction de la production de déchets et de l'impact environnemental lié à la production et à l'élimination des batteries. L’exploitation de ressources telles que le lithium et le cobalt, nécessaires à la production de batteries lithium-ion, a un impact environnemental important. Une durée de vie plus longue de la batterie pourrait donc également conduire à une moindre consommation de ressources et à une meilleure durabilité.

🚀 Développements et défis futurs

Cependant, le développement et l'optimisation continus des systèmes de stockage hybrides posent également des défis, notamment la complexité de l'intégration et du contrôle du système. Des recherches et développements approfondis sont nécessaires pour rendre les algorithmes de contrôle et le flux d’énergie efficaces dans de tels systèmes hybrides. De plus, les coûts de production et d’intégration des supercapacités doivent être encore réduits pour rendre ces technologies encore plus attractives économiquement.

Un autre domaine de recherche consiste à améliorer la science des matériaux afin d’augmenter encore les performances des batteries et des supercondensateurs. Cela inclut le développement de nouveaux matériaux d’électrolyte et d’électrode offrant une densité énergétique plus élevée et de meilleures propriétés de charge et de décharge.

🔚 Avancées dans la technologie de stockage d'énergie

Les systèmes de stockage hybrides combinant batteries lithium-ion et supercondensateurs représentent une avancée significative dans la technologie de stockage d’énergie. En utilisant habilement les atouts respectifs et en minimisant les faiblesses des deux technologies, une durée de vie de la mémoire plus longue est obtenue et l'efficacité globale du système est augmentée. Avec le projet « SukoBa » et le développement du logiciel BaSiS, le Fraunhofer IEE a apporté une contribution importante, qui offre des avantages techniques, économiques et écologiques. L’avenir des systèmes de stockage hybrides est prometteur et jouera un rôle crucial dans l’approvisionnement et l’utilisation durables de l’énergie.

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