Comparaison de la batterie avec d'autres sources d'énergie

On entend parler des merveilleuses améliorations apportées aux technologies des batteries, chacune offrant des avantages distincts, mais aucune n'apportant une solution pleinement satisfaisante à tous les besoins énergétiques d'aujourd'hui. Bien que la batterie présente de nombreux avantages par rapport à d'autres sources d'énergie, elle présente également des limites importantes qui doivent être prises en compte.

Stockage de l'énergie
Les piles stockent l'énergie assez bien et pendant longtemps. Les piles primaires (non rechargeables) contiennent plus d'énergie que les piles secondaires (rechargeables) et l'autodécharge est plus faible. Les piles à base de plomb, de nickel et de lithium doivent être rechargées périodiquement pour compenser la perte d'énergie.

Énergie spécifique (capacité)
Par rapport aux combustibles fossiles, la capacité de stockage d'énergie de la batterie est moins impressionnante. L'énergie massique de l'essence est de plus de 12 000 Wh/kg. En revanche, une batterie Li-ion moderne ne contient qu'environ 200 Wh/kg ; cependant, la batterie a l'avantage de fournir de l'énergie plus efficacement qu'un moteur thermique.

Réactivité
Les batteries ont un grand avantage sur les autres sources d'énergie car elles sont prêtes à fonctionner à court terme - pensez à l'action rapide du flash de l'appareil photo ! Il n'y a pas d'échauffement, comme c'est le cas avec le moteur à combustion interne (ICE) ; l'énergie de la batterie circule en une fraction de seconde. En comparaison, un moteur à réaction met plusieurs secondes à monter en régime, une pile à combustible a besoin de quelques minutes pour gagner en puissance, et le moteur à vapeur froid d'une locomotive a besoin de plusieurs heures pour produire de la vapeur.

Largeur de bande de puissance
La plupart des batteries rechargeables ont une large bande passante, ce qui signifie qu'elles peuvent gérer efficacement de petites et de grandes charges, une qualité qu'elles partagent avec le moteur diesel. En comparaison, la largeur de bande de la pile à combustible est étroite et fonctionne mieux à une charge spécifique. Il en va de même pour le moteur à réaction, qui fonctionne le plus efficacement à un certain nombre de tours par minute (RPM).

Environnement
La batterie fonctionne proprement et reste raisonnablement froide. La plupart des piles scellées n'ont pas d'évents, fonctionnent silencieusement et ne vibrent pas. Cela contraste fortement avec le moteur à combustion interne et les grandes piles à combustible qui nécessitent des compresseurs et des ventilateurs de refroidissement. Le moteur à combustion interne a également besoin d'une entrée d'air et d'un dispositif d'évacuation des gaz toxiques.

Efficacité
La batterie est très efficace. Le Li-ion a une efficacité de charge de 99 % et la perte de décharge est faible. En comparaison, l'efficacité énergétique de la pile à combustible est de 20 à 60 %, et celle du moteur à combustion interne de 25 à 30 %. À une vitesse et une température d'admission d'air optimales, le GE90-115 de l'avion de ligne Boeing 777 atteint un rendement de 37 %. L'efficacité de la charge d'une batterie est liée à sa capacité à accepter la charge.

Installation
La batterie scellée fonctionne dans n'importe quelle position et offre une bonne tolérance aux chocs et aux vibrations. La plupart des moteurs thermiques doivent être placés en position verticale et montés sur des amortisseurs pour réduire les vibrations. Les moteurs thermiques ont également besoin d'un collecteur d'admission d'air et d'un silencieux d'échappement.

Coût d'exploitation
Les batteries au lithium et au nickel sont les mieux adaptées aux appareils portables ; les batteries au plomb-acide sont économiques pour les applications stationnaires et de mobilité sur roues. En raison de leur prix et de leur poids, les batteries ne sont pas adaptées au groupe motopropulseur électrique des véhicules de plus grande taille. Le coût de l'énergie tirée d'une batterie est environ trois fois plus élevé que celui de l'énergie tirée du réseau électrique. Le calcul comprend le coût de la batterie, sa recharge à partir du réseau et la budgétisation d'un éventuel remplacement.

Maintenance
À l'exception de l'arrosage des batteries au plomb inondées et de l'exercice des NiCd pour éviter la "mémoire", les batteries rechargeables ne nécessitent que peu d'entretien. L'entretien consiste à nettoyer l'accumulation de corrosion sur les bornes extérieures et à effectuer des contrôles de performance périodiques.

Durée de vie
La batterie rechargeable a une durée de vie relativement courte et vieillit même si elle n'est pas utilisée. La durée de vie de 3 à 5 ans est satisfaisante pour les produits de consommation, mais elle n'est pas acceptable pour les batteries plus importantes. Les batteries des véhicules hybrides et électriques sont garanties pour 8 à 10 ans ; la pile à combustible offre 2 000 à 5 000 heures de service et, en fonction de la température, les grandes batteries stationnaires ont une durée de vie de 5 à 20 ans.

Températures extrêmes
Comme la mélasse, les températures froides ralentissent la réaction électrochimique et les batteries ne fonctionnent pas bien en dessous du point de congélation. La pile à combustible présente le même problème, mais le moteur à combustion interne fonctionne bien une fois réchauffé. La charge rapide doit toujours être effectuée au-dessus du point de congélation. Le fonctionnement à haute température permet d'augmenter les performances, mais il entraîne un vieillissement rapide en raison des contraintes supplémentaires.

Temps de charge
Dans ce cas, la batterie présente un désavantage incontestable. Les systèmes à base de lithium et de nickel se chargent en 1 à 3 heures, tandis que les batteries au plomb prennent généralement 14 heures. En comparaison, faire le plein d'un véhicule ne prend que quelques minutes. Bien que certains véhicules électriques puissent être rechargés à 80 % en moins d'une heure sur une prise de courant de forte puissance, les batteries au lithium-ion sont mises à rude épreuve lors des charges ultra-rapides.

Élimination
Les piles au nickel-cadmium et au plomb-acide contiennent des matières dangereuses et ne peuvent pas être mises en décharge. Les systèmes au nickel-métal-hydrure et au lithium sont respectueux de l'environnement et peuvent, en petites quantités, être inclus dans les articles ménagers courants, mais les autorités recommandent de recycler toutes les piles.