Batteries au sel fondu : pour et contre d’une « innovation » qui a 40 ans

L’un des aspects les plus intéressants de cette technologie, surtout de nos jours, où la situation géopolitique internationale instable a généré plusieurs problèmes liés à l’approvisionnement en matériaux, est sa composition : les batteries au sel fondu sont constituées de matières premières facilement disponibles et d’origine naturelle, comme le simple sel de table, le nickel, le fer et la céramique, et sont également faciles à éliminer.

Elles garantissent également de longs cycles de vie : la fiche technique de FZSONICK que nous avons analysée parle de plus de 4 500 cycles de charge et de décharge à 80 % : un excellent chiffre qui, s’il était vrai dans toutes les utilisations, égalerait les cycles de vie des batteries au lithium avec chimie LFP.

Enfin, la batterie au sel garantit des normes de sécurité élevées, car sa composition intrinsèque ne peut ni brûler ni exploser.

Il s’agit donc de batteries au sel sûres, résistantes et durables. Mais alors, pourquoi en 40 ans elles n’ont jamais pris la place des batteries au lithium ?

Le véritable talon d’Achille des batteries au sel fondu a toujours été le fait que, pour fonctionner, elles doivent avoir une température constante très élevée, de l’ordre de 250-300 °C, car ce n’est qu’à ces températures que le sel peut fondre. Cet aspect entraîne plusieurs problèmes. Prenons l’exemple d’une batterie de 48V, 200Ah, qui fournit 9,6 kWh d’énergie et analysons ce qui se passe dans une phase particulière de charge.

*[Fig.3]

Sur le graphique, il est évident que la phase de charge ne commence que lorsque la température interne atteint 270 °C. Si nous prêtons attention à l’axe inférieur indiquant le temps, nous voyons qu’il faut entre 10,5 et 11 heures pour juste atteindre la température de fusion qui permet à la batterie de fonctionner. Compte tenu des longs temps de chauffage, on comprend pourquoi cette technologie n’a jamais été étendue à l’usage des véhicules.

Un autre aspect très important lié à la température concerne l’auto-décharge. Si nous commençons avec un SOC de 100 %, la batterie se déchargera jusqu’à zéro en 80 heures pour maintenir la température.

*[Fig.4]

Dans le schéma ci-dessus, on peut voir ce qui se passe lorsqu’on débranche la batterie du chargeur et qu’on la laisse à l’arrêt : le BMS interne utilisera l’énergie stockée pour se maintenir à la température de fonctionnement, mais ce faisant, il consommera sa propre énergie. Par conséquent, tant qu’il dispose d’énergie, le pack sera capable de maintenir une température constante, mais il se déchargera très rapidement. En fait, nous constatons qu’en 80 heures, le SOC atteint zéro, ce qui signifie qu’en 24 heures, la batterie utilisera 30 % de son énergie juste pour se maintenir en état de marche (ainsi, dans un pack de batteries de 9,6 kWh, 3 kWh par jour seront gaspillés juste pour maintenir la batterie à température).

Lorsque la batterie est déchargée jusqu’à zéro, elle commence alors à se refroidir et ne pourra plus fonctionner après une nouvelle phase de réchauffement.

C’est un problème majeur, prenons un exemple concret :

imaginons un véhicule en mouvement dont le pack batteries au sel fondu fonctionne parfaitement. Le conducteur, cependant, atteint sa destination à un moment donné et éteint la voiture, la laissant en stationnement pour une durée indéterminée. Que se passe-t-il si le pack batteries se refroidit ? La batterie se décharge et la voiture ne démarre plus. Tel une des principales limites : les batteries au sel consomment beaucoup d’énergie et doivent être laissées en permanence attachées au poste de charge pour les maintenir en fonctionnement.

Utilisations et applications : où convient-il d’utiliser une batterie au sel ?

L’auto-décharge n’est pas un élément intrinsèque de la cellule mais dépend de l’isolation thermique utilisée. Mais évidemment, plus on l’isole en limitant la dissipation de chaleur dans l’environnement, plus elle deviendra intolérante aux phases de travail intense, dans lesquelles l’énergie est également générée par sa résistance interne, et elle ne pourra plus dissiper la chaleur, passant en surchauffe.

Les batteries au sel fondu ne sont donc pas adaptées aux secteurs de l’automobile ou des machines et véhicules industriels, qui exigent une recharge rapide, une puissance de décharge élevée et la possibilité d’arrêts prolongés sans pour autant perdre leur autonomie.

Le cycle idéal pour ces batteries devrait être :

• Fréquent avec temps de décharge de 2 à 10 heures
• Avec une puissance moyenne, pour aider le chauffage sans toutefois risquer la surchauffe
• Avec applications en réseau où la batterie peut rester connectée en permanence

Le graphique suivant montre précisément que la meilleure utilisation est de 2 à 10 heures de temps de backup total, ce qui se traduit concrètement par l’utilisation dans le domaine du stockage d’énergie, idéal notamment en été, lorsque la production photovoltaïque est très élevée. En hiver, cependant, lorsque la production est faible, il faut être conscient qu’il y aura une perte constante d’énergie pour la faire fonctionner.

*[Fig.5]

Les batteries au lithium resteront les leaders incontestés dans le domaine de l’électrification, y compris pour le stockage de l’énergie, pendant de nombreuses années encore.

De nombreuses technologies se sont imposées au fil du temps comme des alternatives écologiques aux combustibles fossiles polluants, et les batteries au sel en font indubitablement partie. Le signal est donc positif et l’engagement en faveur d’une transition énergétique propre pour le bien de notre planète est de plus en plus fort.

Mais si le mot « batteries » est encore associé presque exclusivement au lithium, la raison en est vite expliquée.

Performances et disponibilité

Le rendement élevé des batteries au lithium en fait des leaders incontestés dans le domaine de l’électrification, avec une densité énergétique élevée et la capacité de garantir d’excellentes performances de manière continue. En outre, les batteries au lithium sont disponibles dans de nombreuses situations chimiques et utilisent différents éléments et compositions pour répondre à une grande variété de situations d’utilisation.

Leur large utilisation a permis aux batteries au lithium d’atteindre au fil des ans un bon compromis entre prix et qualité, ce qui les rend facilement accessibles, mais elles présentent également un autre avantage majeur : elles sont disponibles en différents formats et leur densité énergétique permet de les dimensionner en fonction des besoins spécifiques des applications ou des systèmes de stockage sur lesquels elles sont installées.

Fiabilité et sécurité sont possibles

De plus, les batteries au lithium ne sont pas à condamner comme étant peu sûres. Le fabricant de batteries joue un rôle essentiel pour garantir leur sécurité et leur fiabilité dans le temps, en commençant par le choix de la bonne chimie (la chimie LFP, par exemple, est la plus sûre et la plus stable du marché), jusqu’à l’assemblage correct des cellules et l’électronique de contrôle intelligente qui garantit des performances stables dans le temps.

Réutilisation et seconde vie

Enfin, il est important de se rappeler que lorsqu’une batterie au lithium atteint la fin de sa vie utile sur un véhicule, c’est-à-dire lorsque sa capacité restante tombe en dessous de 80 %, elle aura encore de nombreuses possibilités d’utilisation dans d’autres domaines, notamment le stockage d’énergie, pour alimenter les services publics des maisons et des bâtiments. Ceci permet d’améliorer le fonctionnement des réseaux électriques et, en même temps, d’utiliser davantage l’énergie produite par des installations renouvelables.

Soyons clairs, condamner une technologie et en vanter une autre n’est pas le but de cet article, mais comme nous avons toujours aimé le souligner, il est important d’apporter de la clarté, surtout dans un secteur comme celui des batteries, qui évolue chaque jour avec des technologies nouvelles et très différentes.

L’avenir de l’énergie sera sans aucun doute renouvelable, et nous nous dirigeons tous vers des choix durables, mais nous devons garder à l’esprit qu’il n’existe pas de technologies simplement miraculeuses : chacune a des aspects positifs et négatifs, et c’est à nous de nous informer au mieux, en pesant les mérites, les défauts, les limites et les opportunités, et en évaluant clairement les objectifs que nous voulons atteindre.