23 - LAPRODUCTION ET LE STOCKAGE ÉLECTROCHIMIQUES DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
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fonctionnement électrochimique correspond à une intercalation de proton entre
des feuillets d’oxyde de nickel dont la structure de base est conservée quelque soit
l’état de charge. La durée de vie des électrodes de nickel est donc en général bien
meilleure que celle des électrodes de cadmium. Dans le cas des hydrures métalliques, leur cyclabilité est liée d’une part aux variations de volume entre la phase
hydrure et la phase non-hydrurée et d’autre part à la corrosion de la phase métallique. La meilleure cyclabilité des accumulateurs alcalins est obtenue avec une électrode négative à gaz hydrogène. L’accumulateur nickel/hydrogène haute pression
est utilisé sur les satellites géostationnaires (durée de vie 15 ans) en raison de leur
grande fiabilité, cyclabilité, capacité et puissance élevée. Mais leur capacité volumique est faible et leur coût très élevé. La cyclabilité de l’accumulateur Li/ion est
élevée car son fonctionnement correspond à une désintercalation du lithium d’une
électrode de carbone graphité pour aller s’intercaler dans une structure d’oxyde
métallique.
Chaque type d’accumulateur présente en outre des dégradations spécifiques au
cyclage, mais le plus important est de respecter les conditions d’utilisation. L’accumulateur au plomb est très sensible aux usages abusifs, l’accumulateur cadmium/
nickel très robuste. L’accumulateur Li/ion cycle très bien si on évite la surcharge, la
surdécharge ou les incursions dans des plages de températures trop élevées ou
trop basses.
En prenant un coût de 150 euros par kilowattheure stocké et 2000 cycles potentiels,
on obtient un surcoût d’investissement de 0,08 euros par kilowattheure, comparable au coût du kilowattheure fourni par le réseau. Le stockage électrochimique de
l’énergie électrique se justifie donc pour récupérer des énergies « gratuites » (photovoltaïque, éolienne…) dont la production est déphasée par rapport à l’utilisation,
ou pour stocker en heures creuses de l’électricité excédentaire, utilisés en heures
pleines au moment où son coût serait élevé et sa disponibilité aléatoire, sans oublier,
bien sûr, les systèmes autonomes ou portables.
23.5.1. LES PILES À COMBUSTIBLE (0,6 À 0,8 V PAR ÉLÉMENT)
La majeure partie des générateurs examinés jusqu’ici étaient des systèmes fermés.
Les piles à combustible sont des systèmes ouverts où il convient d’adapter les flux
d’entrée (combustible, comburant) et de sortie (produits, chaleur) à la puissance
électrique demandée.
Ces systèmes de fourniture d'énergie électrique diffèrent des batteries citées cidessus, dans la mesure où l'énergie n'est ici pas stockée dans les électrodes
(matières actives), mais dans des réactifs qui sont apportés au fur et à mesure
des besoins de la pile (commandés par les besoins de l'utilisateur). L'avantage
essentiel de ces systèmes est de dissocier la « fonction puissance » de la « fonction énergie » ; il est ainsi possible d'optimiser le cœur de pile pour la puissance,
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fonctionnement électrochimique correspond à une intercalation de proton entre
des feuillets d’oxyde de nickel dont la structure de base est conservée quelque soit
l’état de charge. La durée de vie des électrodes de nickel est donc en général bien
meilleure que celle des électrodes de cadmium. Dans le cas des hydrures métalliques, leur cyclabilité est liée d’une part aux variations de volume entre la phase
hydrure et la phase non-hydrurée et d’autre part à la corrosion de la phase métallique. La meilleure cyclabilité des accumulateurs alcalins est obtenue avec une électrode négative à gaz hydrogène. L’accumulateur nickel/hydrogène haute pression
est utilisé sur les satellites géostationnaires (durée de vie 15 ans) en raison de leur
grande fiabilité, cyclabilité, capacité et puissance élevée. Mais leur capacité volumique est faible et leur coût très élevé. La cyclabilité de l’accumulateur Li/ion est
élevée car son fonctionnement correspond à une désintercalation du lithium d’une
électrode de carbone graphité pour aller s’intercaler dans une structure d’oxyde
métallique.
Chaque type d’accumulateur présente en outre des dégradations spécifiques au
cyclage, mais le plus important est de respecter les conditions d’utilisation. L’accumulateur au plomb est très sensible aux usages abusifs, l’accumulateur cadmium/
nickel très robuste. L’accumulateur Li/ion cycle très bien si on évite la surcharge, la
surdécharge ou les incursions dans des plages de températures trop élevées ou
trop basses.
En prenant un coût de 150 euros par kilowattheure stocké et 2000 cycles potentiels,
on obtient un surcoût d’investissement de 0,08 euros par kilowattheure, comparable au coût du kilowattheure fourni par le réseau. Le stockage électrochimique de
l’énergie électrique se justifie donc pour récupérer des énergies « gratuites » (photovoltaïque, éolienne…) dont la production est déphasée par rapport à l’utilisation,
ou pour stocker en heures creuses de l’électricité excédentaire, utilisés en heures
pleines au moment où son coût serait élevé et sa disponibilité aléatoire, sans oublier,
bien sûr, les systèmes autonomes ou portables.
23.5.1. LES PILES À COMBUSTIBLE (0,6 À 0,8 V PAR ÉLÉMENT)
La majeure partie des générateurs examinés jusqu’ici étaient des systèmes fermés.
Les piles à combustible sont des systèmes ouverts où il convient d’adapter les flux
d’entrée (combustible, comburant) et de sortie (produits, chaleur) à la puissance
électrique demandée.
Ces systèmes de fourniture d'énergie électrique diffèrent des batteries citées cidessus, dans la mesure où l'énergie n'est ici pas stockée dans les électrodes
(matières actives), mais dans des réactifs qui sont apportés au fur et à mesure
des besoins de la pile (commandés par les besoins de l'utilisateur). L'avantage
essentiel de ces systèmes est de dissocier la « fonction puissance » de la « fonction énergie » ; il est ainsi possible d'optimiser le cœur de pile pour la puissance,