Les systèmes de stockage d'énergie

Les batteries sont la technologie de stockage d'énergie la plus largement utilisée, traditionnellement les batteries utilisées dans de nombreuses applications autonomes (montres, jeux, PC, téléphones et bien d'autres choses). Les nombreux types de batteries existantes, chacune avec ses caractéristiques particulières, couvrent un large éventail d'applications, de la qualité de l'énergie à la gestion de l'énergie. Les technologies les plus couramment utilisées comprennent les batteries plomb-acide (L/A) et nickel-cadmium (Ni-Cd) « mature », ainsi que les batteries avancées sodium-soufre (Na-S), métal-air et lithium-ion (Li-ion), qui sont récemment devenus disponibles dans le commerce. Un système de batterie typique comprend une pile de batteries, où l'énergie électrique est convertie en énergie chimique, et vice versa (les cellules de batterie connectées en série et en parallèle pour atteindre les niveaux souhaités de tension et de courant de sortie).

Les batteries sont généralement déterminées par leur rendement, leur profondeur de décharge, leur nombre de cycles, leur température de fonctionnement, leur densité énergétique et leur auto-décharge^[1].

Un supra condensateur est formé de deux collecteurs métalliques généralement en aluminium, de deux électrodes conductrices électroniques à très haute surface spécifique plongées dans un électrolyte et d'une membrane de séparation poreuse.^[2]

Ce qui distingue les supra condensateur (SC^[3]) des autres condensateurs conventionnels, c'est leur grande capacité, qui est remarquablement élevée. La capacité des SC^[3] est d'environ 5 F/cm2 alors que la valeur correspondante pour les condensateurs classiques ne dépasse pas 40 μF/cm2. Les électrodes sont constituées d'un matériau poreux de grande surface, et l'électrolyte peut être aqueux ou organique : les différences entre les deux incluent une densité d'énergie plus élevée dans le cas des électrolytes organiques mais des coûts inférieurs et une plage de température plus large dans le cas des électrolytes aqueux.

Les principaux avantages du SC^[3] incluent des densités de puissance très élevées, des taux de charge et de décharge rapides, une faible perte de courant électrique, une durée de vie considérable de l'ordre de 8 à 10 ans (des milliers de cycles par an à décharge profonde), une stabilité de fonctionnement dans une large plage de températures et un rendement énergétique élevée (de l'ordre 95%). D'autre part, bien que la densité d'énergie soit plus élevée que dans les condensateurs courants, elle reste parmi les plus faibles en stockage d'énergie, tandis que les problèmes de coût sont également une contrainte sérieuse pour de tels systèmes. Les SC^[3] sont destinés aux applications de qualité de l'énergie, contribuant également aux configurations de stockage hybrides pour le support des systèmes d'énergie renouvelables et des véhicules électriques.

Les piles à combustible sont constituées de deux électrodes entourant un électrolyte. L'oxygène passe sur une électrode et l'hydrogène sur l'autre, générant de l'électricité, de l'eau et de la chaleur. En principe, une pile à combustible fonctionne comme une batterie. Cependant, une pile à combustible n'a pas besoin d'être rechargée ; tant que le combustible est fourni à la pile, de l'électricité est produite. Ainsi, les restrictions imposées à la capacité de stockage sont déterminées par la taille du réservoir de carburant. L'énergie produite par une pile à combustible dépend directement du type de pile à combustible, de la température de fonctionnement et du catalyseur utilisé pour améliorer les performances de la réaction chimique.

Le principal inconvénient de cette technologie est le rendement du cycle qui, en incluant l'étape de production d'hydrogène, est estimé entre 30 et 40 %. Les pertes sont détectées lors de l'électrolyse pour produire de l'hydrogène, lors de l'étape de stockage, et enfin lors du processus de génération d'électricité via la pile à combustible. Le composant pile à combustible seul peut toutefois atteindre pour certains types des rendements de 60 % (dans le cas des piles à combustible à haute température, c'est-à-dire les piles à combustible à carbonate fondu (MCFC^[4]), les piles à combustible à oxyde solide (SOFC^[5]) ou les piles à combustible alcalines (AFC^[6]).^[7]

Parmi les avantages technologiques que l'on peut rencontrer figurent la densité énergétique élevée due à l'utilisation de l'hydrogène, le faible coût énergétique, l’auto-décharge négligeable et le large éventail d'applications, y compris l'interaction avec les systèmes à énergie renouvelables.^[1]