Fonction ALIMENTER Le stockage de lnergie lectrique Terminale

Fonction ALIMENTER Le stockage de l’énergie électrique Terminale SI Fonction 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

Introduction § Les énergies fossiles se stockent facilement, avec une énergie massique importante : 2. 3 k. W. 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€ / k. Wh 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

Introduction § § § § Mais cela va changer… Le CEA parle de 1. 7 k. W. h/kg pour la batterie Li-Air en laboratoire et jusqu’à 5. 4 k. W. h/kg en théorie !!! Pour avoir un ordre d’idée, une telle batterie de 20 kg suffirait à un véhicule électrique pour parcourir 800 km !!! Le k. W. h électrique peut être produit par des énergies renouvelables à 15 ct / k. W. h, sur place… et stockées dans le parc de batteries en charge (projet Better Place) Contre 43 ct / k. W. 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

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

Définitions § Une batterie donnée, aura donc pour tension un multiple de la tension d’un de ses élements. § Par exemple, on utilise 6 élements de 2. 25 V en série pour fabriquer une batterie de tension à vide E = 13. 5 V § 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 = 100 A. h et E=27 V § Néanmoins, on caractérise de plus en plus une batterie directement par son énergie embarquée en W. h ou en k. W. h. JC PAPAZIAN – Lycée Fourcade

Exercice § On souhaite fabriquer une batterie Li-ion d’au moins 10 k. W. h et de 300 V à partir d’éléments de 3. 7 V / 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 300 V. 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