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Stockage d'électricité : la sécurité avec la bonne technologie de batterie
Tous les accumulateurs d'énergie ne sont pas identiques. La technologie des batteries varie et, par conséquent, la sécurité des accumulateurs. Nous démêlons les fils et décrivons ici les différentes technologies de batteries et les avantages et inconvénients qui y sont liés.
La sécurité est toujours prioritaire. Car si ce n'est pas le cas, les conséquences peuvent être désastreuses : Dans le pire des cas, les accumulateurs à batterie peuvent également prendre feu, ce qui peut générer une onde de choc - une déflagration. Une déflagration est un processus de combustion rapide, également appelé "déflagration", et est provoquée par une combustion un peu plus lente que celle de la détonation.
Le levier sur lequel la technologie des batteries doit agir est donc la prévention des incendies. Et le moyen d'y parvenir est de choisir la bonne forme de technologie.
Les faits les plus importants en un coup d'œil :
- Il est en principe très improbable que les accumulateurs à batterie prennent feu.
- En particulier dans le domaine stationnaire, il n'y a guère d'influences extérieures susceptibles d'endommager l'accumulateur et donc de le mettre en danger.
- Mais même si la probabilité d'un endommagement de l'accumulateur par des influences extérieures est très faible, il y a certains aspects liés à la sécurité qui doivent être pris en compte lors du choix de la technologie d'accumulateur. Il existe en effet toute une série de bonnes raisons pour lesquelles nous misons délibérément sur la technologie lithium-phosphate de fer avec les batteries neoom. Nous expliquons quelles sont ces raisons dans les explications techniques suivantes.
Rising Star : Batteries au lithium-ion
Au sein des accumulateurs au lithium-ion, on distingue principalement deux types importants sur la base de la technologie des cellules : Les cellules à base d'oxydes de lithium, de nickel, de manganèse et de cobalt (NMC) et les cellules à base de lithium, de fer et de phosphate (LFP).
Oxydes de lithium, de nickel, de manganèse et de cobalt (NMC)
La technologie NMC présente également des avantages : Les batteries peuvent être chargées rapidement et ont une densité énergétique élevée, mais ne vieillissent pas. Pour les voitures électriques, elles constituent le bon choix en raison de leur densité énergétique élevée et de leur faible encombrement. L'inconvénient : en cas de microfissures, beaucoup d'énergie s'échappe dans un espace réduit, ce qui entraîne une chaleur élevée et donc un incendie. Mais les microfissures ne sont pas les seules à pouvoir provoquer des incendies dans le cas de cellules dont le matériau de la cathode est chimiquement et thermiquement instable, comme l'oxyde de lithium-cobalt (LCO) ou l'oxyde de lithium-nickel-manganèse-cobalt (NMC). Un fort dégagement de chaleur en cas de surcharge, un court-circuit interne ou externe, des dommages mécaniques, des impuretés liées à la production ou une forte chaleur extérieure peuvent également provoquer une réaction chimique exothermique interne à la cellule. Ce qui s'ensuit est une réaction en chaîne dévastatrice : l'énergie thermique libérée augmente la vitesse de réaction de la chimie cellulaire et fait encore monter la température interne de la cellule. Si une limite de température spécifique est dépassée, ce processus d'auto-accélération ne peut plus être stoppé. Cette limite de température dépend de la chimie de la cellule utilisée. Pour l'oxyde de lithium-cobalt (LCO), elle est par exemple de 150°C. Lorsque la limite de température est atteinte, il se produit un emballement thermique (thermal runway) qui peut finalement conduire à un incendie ou à une explosion de la cellule. Comme l'oxygène lié au matériau de la cathode (il s'agit finalement de la technologie de l'oxyde de lithium-cobalt) est libéré, un tel incendie de cellule est très difficile à éteindre et brûle même sous l'eau.
Des tests avec un court-circuit simulé montrent l'apparition de températures très élevées, supérieures à 700°C, qui font fondre le séparateur entre les différentes cellules et peuvent ainsi se propager aux autres cellules et aboutir à l'incendie inextinguible évoqué.
Dans le cas d'une voiture, cela est moins critique, car un incendie est souvent rapidement remarqué et la voiture électrique peut généralement être rapidement abandonnée. C'est pourquoi Tesla installe entre autres des batteries LFP dans ses voitures électriques. Pour finir, un avantage : les batteries NMC sont désormais moins chères en raison de la production de masse de l'industrie automobile.
Piles rechargeables au lithium-phosphate de fer (LiFePO)
En revanche, les batteries lithium-phosphate de fer, en raison de leur tension nominale plus faible de 3,2 V, présentent une densité énergétique inférieure à celle de nombreux autres matériaux cathodiques tels que le NMC ou le NCA, et donc un plus grand encombrement.
C'est pourquoi elles sont plus adaptées au stockage domestique, car l'espace dans la cave ne pose pas de problème, contrairement à une voiture. Si des microfissures apparaissent, les LiFePO provoquent moins de chaleur et ne présentent donc pas de risque d'incendie. Lors des tests, même les batteries lithium-phosphate de fer entièrement chargées n'ont pas eu de réaction comparable à celle des cellules NMC ou NCA. Les batteries Li-Fe-PO n'ont pas pris feu et n'ont pas atteint des températures critiques susceptibles de faire fondre le séparateur ou de se propager à d'autres cellules. C'est également ce qu'a constaté une étude indépendante soutenue par le ministère fédéral allemand de l'économie et de l'énergie (BMWi) ("Compendium : Batteries Li-ion") de l'Association allemande de l'électrotechnique, de l'électronique et des technologies de l'information (VDE) et de la Commission allemande de l'électrotechnique, de l'électronique et des technologies de l'information (DKE). L'étude compare les différentes technologies de batteries au lithium et conclut : "Contrairement aux oxydes, le lithium-fer-phosphate (LFP) ne présente aucun effet thermique jusqu'à 300 °C. Il n'y a donc pas de risque de surchauffe. C'est notamment pour cette raison que le LFP est hors concurrence du point de vue de la sécurité". Et de souligner à nouveau : "En cas d'accident, les oxydes peuvent dégager de l'oxygène avec des conséquences d'incendie. Dans ce contexte, le NCA (oxyde de lithium, de nickel, de cobalt et d'aluminium) doit être considéré comme particulièrement critique".
Tortue contre lièvre
Les différences entre les technologies NMC/NCA et lithium-fer-phosphate peuvent être illustrées par une image :
Connaissez-vous la fable de la course entre la tortue et le lièvre? Si ce n'est pas le cas, en voici un résumé succinct : Dans la fable du fabuliste grec ancien Ésope, un lièvre se moque de la tortue lente. La tortue invite alors le lièvre à faire la course. Rapidement, le lièvre est en tête d'une longueur de lièvre et devance largement la tortue. Convaincu qu'il gagnera de toute façon la course, il fait une sieste pendant la course. Mais lorsque le lièvre se réveille, il constate que la tortue, qui marchait lentement mais sûrement, avait gagné la course. Morale de l'histoire : la persévérance gagne.
Et c'est pourquoi nous préférons miser sur les tortues plutôt que sur les lièvres. Dans notre exemple, les tortues sont les batteries lithium-fer-phosphate : elles se chargent plus lentement, présentent une faible densité énergétique, mais vivent très longtemps.
En revanche, les batteries dotées de la technologie NMC / NCA sont des lièvres : rapides, elles présentent une densité énergétique élevée, mais ne vieillissent pas. Le fait qu'ils se chargent plus rapidement n'apporte pas non plus d'avantage, car les accumulateurs domestiques ne se rechargent pas en 5-10 minutes, mais en 3-4 heures. Elles perdent donc la course.