Fonction ALIMENTER Le stockage de l’énergie électrique Terminale SI Fonction JC PAPAZIAN – Lycée Fourcade

JC PAPAZIAN – Lycée Fourcade Introduction L’énergie électrique est largement utilisée dans de nombreux domaines Elle se partage pour l’essentiel la fourniture d’énergie avec les énergies fossiles : charbon, pétrole et gaz. JC PAPAZIAN – Lycée Fourcade

JC PAPAZIAN – Lycée Fourcade Introduction Les énergies fossiles se stockent facilement, avec une énergie massique importante : 2.3 kW.h /kg Alors que l’électricité se stocke très difficilement : Indirectement sous forme d’énergie potentielle dans des barrages (E=Mgh). Directement dans des batteries, mais avec un coût très important : 500 à 1000€ / kWh de capacité de stockage Et surtout possède une énergie massique de 200 W.h/kg au mieux (Li-ion), soit dix fois moins que le pétrole… On oublie les batteries plomb à 25 W.h/kg. Cela explique le succès du pétrole dans les applications mobiles embarquant de l’énergie (automobile et aéronautique). JC PAPAZIAN – Lycée Fourcade

JC PAPAZIAN – Lycée Fourcade Introduction Mais cela va changer… Le CEA parle de 1.7 kW.h/kg pour la batterie Li-Air en laboratoire et jusqu’à 5.4kW.h/kg en théorie !!! Pour avoir un ordre d’idée, une telle batterie de 20kg suffirait à un véhicule électrique pour parcourir 800km !!! Le kW.h électrique peut être produit par des énergies renouvelables à 15 ct / kW.h, sur place… et stockées dans le parc de batteries en charge (projet Better Place) Contre 43 ct / kW.h pour le pétrole (base 1€/litre) et c’est parti pour augmenter… Le moteur thermique a un rendement de 40% au mieux (source IFP) contre 90% pour le véhicule électrique. Sans parler de la quasi absence de maintenance pour ce dernier (1 millions de km). JC PAPAZIAN – Lycée Fourcade

JC PAPAZIAN – Lycée Fourcade Définitions Le terme batterie désigne en fait une batterie d’accumulateurs électriques. Pour stocker de l’énergie électrique, on utilise un couple électrochimique, caractérisé entre autres par la tension d’un élément. Exemples : plomb/acide : 2.25 V Ni – Mh : 1.2 V Li – Ion : 3.6 V JC PAPAZIAN – Lycée Fourcade

JC PAPAZIAN – Lycée Fourcade Définitions Une batterie donnée, aura donc pour pour tension un multiple de la tension d’un de ses élements. Par exemple, on utilise 6 élements de 2.25V en série pour fabriquer une batterie de tension à vide E = 13.5V Pour caractériser la batterie, on doit aussi connaître la charge électrique embarquée Q en A.h. (en physique, l’unité SI est le Coulomb). l’énergie embarquée dans la batterie est donc W= Q . E. Exemple : Q = 100A.h et E=27V Néanmoins, on caractérise de plus en plus une batterie directement par son énergie embarquée en W.h ou en kW.h. JC PAPAZIAN – Lycée Fourcade

JC PAPAZIAN – Lycée Fourcade Exercice On souhaite fabriquer une batterie Li-ion d’au moins 10kW.h et de 300V à partir d’éléments de 3.7V / 16.7 A.h Réponse : Chaque élément a une énergie de We=20*3.7=74 W.h il faudra au moins Nt=Wt/We=162 éléments au total. la tension requise est de 300V. Il faudra mettre N=300/3.7=81 éléments en série. JC PAPAZIAN – Lycée Fourcade

Caractéristiques des batteries Les caractéristiques principales d’une batterie sont sa tension et sa quantité d’énergie stockée. Les caractéristiques principales d’une technologie de batterie sont : la tension du couple électrochimique et la densité d’énergie massique. Le tableau comparatif suivant indique d’autres caractéristiques…. JC PAPAZIAN – Lycée Fourcade

Caractéristiques des batteries La densité volumique d’énergie massique, le volume occupé par la batterie pour une quantité d’énergie La puissance massique : à tension donnée, c’est le courant maximum que la batterie supportera. Les voitures de sport électriques (Tesla: voiture des stars) demandent de la puissance… en plus d’aller loin. Durée de vie exprimée en nombre de cycles de charge / décharge (1000 au mieux) Autodécharge : quantité d’énergie perdue par la batterie en cas de non utilisation. JC PAPAZIAN – Lycée Fourcade

Comparatif des technologies Pour mémoire : 2300 W.h / kg pour le pétrole JC PAPAZIAN – Lycée Fourcade