Batteries plomb-acide vs batteries lithium-ion : lesquelles gagneront ?

Presque partout où vous regardez, il y a des nouvelles sur les améliorations des batteries au lithium et des technologies de stockage. Mais qu’en est-il des batteries traditionnelles au plomb ? Sont-ils une source de stockage d’énergie mourante? Pour répondre à cette question, examinons les tendances de chaque marché et l’espace de marché qui se chevauche pour chacun.

La batterie au plomb est la plus ancienne type de batterie rechargeable. L’énergie potentielle est stockée chimiquement dans un bain d’acide sulfurique aqueux en tant que différence de potentiel entre le plomb pur du côté négatif et le PbO2 du côté positif. Malgré un très faible rapport énergie/poids et un faible rapport énergie/volume, une batterie plomb-acide peut fournir des courants de surtension élevés. Il en résulte un rapport puissance/poids relativement important, ce qui les rend parfaitement adaptés à une utilisation dans les véhicules à moteur pour fournir les courants élevés requis par les démarreurs. De plus, les batteries au plomb sont relativement bon marché.

En tant que principale source d’énergie dans les systèmes de stockage d’énergie mobiles, fixes, automobiles, industriels et actuels, les ventes de batteries au plomb devraient augmenter dans les véhicules de tourisme, les véhicules électriques et les deux-roues, note une étude de marché récente de Future Market Insights ( FMI). Le rapport prévoit que le marché des batteries au plomb devrait dépasser 116,60 milliards de dollars d’ici la fin de 2030. En outre, l’étude estime que la demande de batteries au plomb sera soutenue par un secteur des transports qui devrait croître de 1,4 fois jusqu’en 2029.

Alors que 2020 semble être un marché modeste pour les batteries au plomb, les vendeurs du marché se lancent sur les marchés des vélos électriques. De plus, grâce à des caractéristiques de démarrage élevées, les batteries AGM connaissent une forte croissance de la demande dans les applications hors réseau où les taux de charge sont relativement inférieurs et une autonomie élevée est préférée. AGM signifie « Absorbent Glass Mat », qui est un type de séparateur utilisé dans les batteries. Les batteries AGM contiennent une quantité relativement faible d’acide, qui est absorbée par le séparateur AGM. Cela permet à la batterie d’être étanche et mieux adaptée aux vélos électriques et au stockage d’énergie hors réseau.

« Le stockage d’énergie stationnaire a un énorme potentiel à court terme. Des entreprises telles que les fabricants de batteries, les opérateurs de réseau sont sur le point d’établir des relations de collaboration avec les développeurs d’énergie solaire et les sociétés de services énergétiques », déclare l’analyste FMI dans son communiqué de presse. Par exemple, Furakawa Battery Co Ltd a signé un accord avec I-WIND pour la fourniture de batteries à utiliser dans un projet de production d’énergie éolienne.

La pandémie de COVID-19 en cours aura un impact sur le marché des batteries au plomb à court terme. Selon le rapport du FMI, le À la fin du premier trimestre 2020, la demande de batteries au plomb a lentement augmenté alors que les stratégies de confinement en Chine commençaient à prendre effet et que les restrictions de verrouillage étaient levées. Parallèlement, la demande des consommateurs pour la fabrication automobile et industrielle majeure a chuté en raison de la pandémie.

Les prévisions à long terme pour les batteries acide-plomb semblent solides avec une croissance raisonnablement forte prévue dans les années à venir. Le sentiment des acheteurs montrera une réticence envers les nouvelles voitures, mais les batteries de remplacement maintiendront la demande.

Coupe transversale de la batterie au plomb Adobe Stock

Coupe transversale de batterie de voiture avec étiquette abstraite. (Source de l’image : coupe transversale de la batterie au plomb Adobe Stock)

---

Considérons maintenant l’autre type de batterie. La technologie lithium (Li) ion reste le moyen privilégié pour atteindre un objectif énergétique spécifique élevé, comme le montre le graphique de Ragone qui compare la densité énergétique de divers appareils. Le graphique représente les valeurs de l’énergie spécifique (en W·h/kg) par rapport à la puissance spécifique (en W/kg). Les deux axes sont logarithmiques, ce qui permet de comparer les performances d’appareils très différents. À titre de référence, les batteries plomb-acide sont encore généralement utilisées dans les véhicules utilitaires à essence, tandis que les batteries lithium-ion sont associées aux appareils électroniques portables tels que les ordinateurs portables et les téléphones portables.

Diagramme d’énergie de Ragone de la NASA

Parcelle énergétique de Ragone. (Source de l’image : tracé énergétique de Ragone de la NASA)

Selon Fact.MR, le marché mondial des batteries Li-Ion était évalué à 57,4 milliards de dollars US en 2020 et devrait ajouter une valeur de 3,3 milliards de dollars US au cours de la période de prévision. Le marché devrait se développer à un TCAC de 2,7%. Le type de batterie lithium-oxyde de cobalt détiendra la part maximale en termes de valeur, à 64,4 milliards de dollars américains d’ici la fin de la période de prévision (2020-2030).

Le secteur de l’utilisation finale de l’automobile (par exemple, pour les véhicules électriques (VE)) devrait détenir plus de 89 % de part de marché, créant une opportunité absolue de plus de 15,2 milliards de dollars US au cours de la période de prévision.

En revanche, le rapport note qu’au milieu de la pandémie de COVID-19, le marché est sur le point de stagner au cours des deux prochains trimestres financiers. Ceci est attribué à une baisse significative de la demande de packs de batteries Li-ion dans le monde. L’adoption devrait rester faible car les blocages stricts au milieu de COVID-19 ont créé des ralentissements exceptionnels dans des secteurs tels que l’électronique grand public et l’industrie automobile.

« L’épidémie mondiale de COVID-19 entravera l’expansion du marché des batteries li-ion au cours des deux prochains trimestres financiers. Alors que les principales entreprises d’utilisation finale commencent à fonctionner à leur capacité maximale, le marché reprendra du chemin jusqu’en 2030 », déclare un analyste de Fact.MR.

Batterie au lithium-ion, Fact.MR

---

Comme indiqué précédemment dans le Ragone Energy Plot, les batteries au plomb et au lithium-ion fonctionnent sur des marchés distincts, pour la plupart. Un domaine de croisement est dans l’espace de stockage d’énergie renouvelable, en particulier pour les systèmes énergétiques hors réseau.

En règle générale, les batteries plomb-acide coûtent moins cher au départ, mais sont limitées avec une durée de vie plus courte et nécessitent un entretien régulier. En revanche, les batteries au lithium sont beaucoup plus chères au départ, mais elles ne nécessitent aucun entretien et ont une durée de vie plus longue. C’est pourquoi certains experts dans le domaine des énergies renouvelables prédisent la fin éventuelle des batteries au plomb comme dispositifs de stockage pour le solaire et l’éolien.

Cependant, la technologie des batteries au plomb s’est améliorée. Par exemple, les caractéristiques de démarrage élevées des batteries Absorbant Glass Mat (AGM) – un type de technologie plomb-acide – ont entraîné une demande importante en applications hors réseau où les taux de charge sont relativement inférieurs et une autonomie élevée est préférée.

De telles améliorations seront-elles suffisantes pour défier le lithium-ion pour les applications hors réseau ? D’autres considérations sont également importantes. Par exemple, le Battery Council International (BCI) a récemment publié une étude montrant que les batteries au plomb ont un taux de recyclage de 99,3 pour cent, ce qui en fait le produit de consommation recyclé n ° 1 aux États-Unis. Inversement, les batteries lithium-ion sont recyclées à un taux inférieur à 5. %.

Sur le plan économique, le prix des batteries lithium-ion est en baisse constante tandis que le coût des batteries plomb-acide reste relativement le même.

Une autre considération est la chaîne d’approvisionnement. L’initiative de gouvernance des ressources énergétiques du département d’État américain note que plus de 80 % de la chaîne d’approvisionnement mondiale des éléments des terres rares, des minéraux importants pour les véhicules électriques et les composants d’éoliennes, est contrôlée par la Chine. L’Asiatique a récemment sécurisé des opérations minières de lithium dans le monde entier pour répondre à sa demande de véhicules électriques.

En dernière analyse, il se peut que les technologies des batteries et des histoires énergétiques continuent de servir les marchés pour lesquels elles sont les mieux adaptées. En fin de compte, le marché décidera de la technologie la mieux adaptée à leurs besoins.

Affiche du stagiaire du Conseil de la batterie

Comment bien identifier une batterie au plomb d’une batterie au lithium. (Source de l’image : affiche du stagiaire du Battery Council)