Batteries nickel-zinc: perspectives pour le stockage stationnaire d

Batteries nickel-zinc :
Perspectives pour le stockage
stationnaire d’énergie
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Séminaire IDEES batteries stationnaires
CNAM, 7 décembre 2011
• Société de développement industriel
Fondée par une équipe expérimentée fin 1993
• Domaines de R et D
Systèmes de batteries et composants
• Batteries alcalines avec anode de zinc
NiZn, AgZn, Zinc -Air
• Objectif : Valorisation industrielle
de technologies matures
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Principes de fonctionnement
• L’accumulateur nickel-zinc associe une électrode
positive de nickel, une électrode négative de zinc
et un électrolyte alcalin.
• Réactions:
+
2 Ni(OH)2 + 2 OH- ↔ 2 Ni(OOH) + 2 H2O + 2 e- E0= 0,49 V
- Zn(OH) + 2 e ↔ Zn + 2 OH
2
-
-
E0=-1,24 V
Formation de zincate: Zn (OH)2-4
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Avantages / Inconvénients
• Energie massique élevée (tension 1,6 V + capacité
massique Zn: 820 Ah/kg) : 80 Wh/kg
• Energie volumique : 130 Wh/l
• Coût
• Disponibilité des matières premières
• Sécurité
• Recyclage
Mais formation de dendrites de zinc, redistribution,…
faible nombre de cycles
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Technologie NiZn SCPS
Electrode de zinc : combinaison collecteur type
mousse et céramique conductrice + co-additifs dans
la masse active :
suppression des dendrites
ni cadmium, ni plomb
pas de séparateurs spéciaux
électrolyte alcalin concentré (réduit
passivation Zn et résistance interne)
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NiZn SCPS : Caractéristiques
•
•
•
•
•
•
> 1000 cycles à 80 % de profondeur de décharge
> 200.000 cycles à 5 % de profondeur de décharge
Recombinaison oxygène
Température de fonctionnement -20°C à +45°C
Système de puissance ou d’énergie
Coût intermédiaire entre Pb-acide et NiCd
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Fabrication
•
•
•
•
•
Collecteurs de courant: mousses nickel et cuivre
Enduction des supports avec pâtes actives
Calendrage, séchage, découpe,…
Assemblage avec séparateurs
Montage en boîtiers prismatiques
Procédés similaires
aux autres technologies alcalines
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Mousse cuivre
Cylindre mousse
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Mousse cuivre
Activation conductrice
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Mousse cuivre
Cylindre mousse activée
Electrolyse cuivre continue
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Mousse cuivre
Traitement thermique
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NiZn : Applications stationnaires
Domaines concernés:
• Sécurité, secours (UPS)
• Stockage d’énergies renouvelables
Contraintes:
• Fiabilité
• Sûreté
• Coût d’usage
• Température élevée (> ambiante selon
application)
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NiZn : Applications stationnaires
Secours
• Maintien de la charge par tension imposée
(floating)
• Tests à 40°C : vieillissement accéléré et
situation géographique ou type d’utilisation
(pays chauds, sites industriels,…)
• Travaux spécifiques dans le cadre d’un
programme ANR : modification électrode de
nickel, nouveau mode d’apport d’additifs à
l’électrode de zinc
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NiZn : Applications stationnaires
Secours
Floating 40 °C - Evolution courant floating sur 9 mois
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Courant floating ( A )
5
1er
4
4ème
3
6ème
2
9ème
1
0
0
5
10
15
Temps ( jours )
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20
25
30
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NiZn : Applications stationnaires
Secours
Après 9 mois à 40°C :
• Maintien d’un courant faible ≈ C/250
• Récupération de plus de 96% de la capacité
Peu de dégradation de la capacité, pas de
dendrites
• Continuation des tests avec nouveau design de
boîtier / Comparatif essais à 25°C
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NiZn : Applications stationnaires
Stockage ENR
• Fonctionnement en puissance
• Ratio énergie / puissance : 2 à 3
• ≈ 50 % de la capacité utilisée
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NiZn : Applications stationnaires
Stockage ENR
• Profil charge : tension limitée
• Rendement énergétique ≈ 80 %
• Essais réalisés sur batteries (module 24 V 30 Ah )
pour usage stationnaire et en cours pour usage
mobile avec décharge profonde
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Conclusions
• Validation de l’utilisation stockage secours et
ENR des batteries NiZn, poursuite des travaux
d’optimisation
• Passage à une étape pré-industrielle pour la
production de batteries pour tests clients
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