STOCKAGE DE L'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE

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Le stockage électrochimique de l’électricité

Une partie de l’énergie électrique peut aussi être stockée sous forme électrochimique, dans des batteries. Ce type de stockage représente environ 1 p. 100 de la capacité mondiale du stockage stationnaire, ce qui peut sembler faible, au prime abord, du fait que ces dispositifs sont très utilisés au quotidien.

Le développement des batteries a surtout été motivé par l’avantage considérable qu’elles apportent par rapport à d’autres solutions : la mobilité. La mise au point de générateurs électrochimiques performants revêt donc une importance toute particulière dans les applications portables (ordinateurs, téléphonie, outillage…) qui utilisent des batteries de petites tailles, correspondant à une énergie embarquée inférieure à environ 50 Wh. La mobilité couvre également le domaine des transports, avec le développement des véhicules hybrides et tout électriques qui requièrent des batteries de plus grande taille, jusqu’à 100 kWh, voire plus (ce qui représente une puissance d’environ 20 kW). On reste donc bien loin des valeurs de l’ordre du mégawatt ou de dizaines de mégawatts des installations de stockage de masse de l’énergie, comme celui de l’électricité produit par des énergies renouvelables, ce qui explique la faible part qu’occupent les batteries dans la capacité totale de stockage. Cependant, les technologies évoluent, en particulier en ce qui concerne les coûts, et les batteries sont désormais envisagées pour le stockage stationnaire de masse, d’où de nombreux travaux de recherche menés pour améliorer cette filière de stockage.

Les batteries et leur évolution

Afin d’expliquer les performances et les limitations des batteries, il convient de rappeler quelques définitions et les bases de leur principe de fonctionnement. Un accumulateur électrochimique est un dispositif qui stocke réversiblement l’énergie électrique sous forme chimique (phase dite de charge) pour la restituer ensuite sous forme électrique (phase dite de décharge). Ce cycle charge/décharge de l’accumulateur (réversible, rechargeable) distingue fondamentalement celui-ci d’une pile (irréversible, non rechargeable).

Une batterie est l’association de plusieurs accumulateurs dans le but d’atteindre une certaine tension (association en série) ou intensité (association en parallèle) de l’électricité restituée par le système. En français, dans le langage courant (comme en anglais pour le mot battery), le terme « batterie » est à l’origine d’un problème de terminologie, puisqu’il peut désigner indifféremment un accumulateur (ou cellule) ou une batterie stricto sensu. Par exemple, la « batterie » d’un téléphone portable est ainsi constituée d’un seul et unique accumulateur de 3,7 volts (V) – alors que celle d’un véhicule électrique correspond à l’association de nombreux accumulateurs (cellules), pour atteindre 400 V.

Principe de fonctionnement

Un accumulateur est constitué d’une électrode positive et d’une électrode négative, toutes deux immergées dans un milieu électriquement isolant appelé électrolyte. Généralement, cet électrolyte est une solution liquide contenant des ions négatifs (anions) et positifs (cations) issus de la dissolution d’un sel. Afin d’éviter tout contact direct (à l’origine de courts-circuits), ces deux électrodes sont physiquement séparées par une membrane poreuse, appelée séparateur, elle-même imbibée d’électrolyte. Chaque électrode comporte un collecteur de courant, servant de conducteur électrique, recouvert d’un film contenant les matériaux actifs (différents pour chaque électrode) nécessaires au fonctionnement de l’accumulateur. Durant la décharge, le fonctionnement est identique à celui d’une pile où des réactions électrochimiques ont lieu spontanément au niveau des électrodes : le matériau actif à l’électrode négative (Red2) va s’oxyder en libérant des électrons (réactions d’oxydation) qui vont transiter par le circuit extérieur via les collecteurs de courant, alimenter un équipement (ou un récepteur, par exemple une lampe) puis arriver à l’électrode positive où ils sont captés (réactions de réduction) par le matériau actif la constituant (Ox1). Lorsque le matériau actif de l’électrode négative ne peut plus libérer d’électrons ou lorsque celui de l’électrode positive ne peut plus en consommer, le système ne peut plus délivrer d’énergie et doit alors être rechargé. La recharge de l’accumulateur consiste à y inverser les réactions faites pendant la décharge. L’électrode où ont lieu les réactions d [...]

Représentation schématique d’un accumulateur et ses caractéristiques

Dessin : Représentation schématique d’un accumulateur et ses caractéristiques

Un accumulateur est un dispositif électrochimique pouvant stocker réversiblement l'énergie électrique sous forme chimique (phase dite de charge) pour la restituer ensuite sous forme électrique (phase dite de décharge). Il est constitué de différents éléments (en a). Sont indiquées les... 

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Capacités et types de stockage de l’électricité dans le monde pour les applications stationnaires

Capacités et types de stockage de l’électricité dans le monde pour les applications stationnaires
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Principe de fonctionnement d’une station de transfert d’énergie par pompage

Principe de fonctionnement d’une station de transfert d’énergie par pompage
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Représentation schématique d’un accumulateur et ses caractéristiques

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Différentes technologies de batteries

Différentes technologies de batteries
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Écrit par :

  • : professeur de chimie, enseignant-chercheur, université de Picardie Jules-Verne, Amiens
  • : ingénieur de recherche CNRS, directeur du Laboratoire de réactivité et de chimie des solides, université de Picardie Jules-Verne, Amiens
  • : professeur en sciences des matériaux à l'université Toulouse-III-Paul-Sabatier, membre de l'Académie des Sciences

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Pour citer l’article

Dominique LARCHER, Mathieu MORCRETTE, Patrice SIMON, « STOCKAGE DE L'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 06 mai 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/stockage-de-l-energie-electrique/