Batteries TPPL dans les applications de manutention : aujourd'hui et demain

Lorsqu'on pense à la puissance motrice d'un véhicule électrique, les batteries au lithium viennent immédiatement à l'esprit. Cependant, l'un des défis que rencontrent parfois les équipementiers pour les utiliser est leur prix élevé. Cependant, dans les applications de manutention, notamment les chariots élévateurs, cela représente un inconvénient, surtout pour les petites flottes.

Une alternative qui reste utilisée pour les flottes de chariots élévateurs électriques est la batterie au plomb pur à plaque mince (TPPL) — toujours parmi les technologies de batterie les plus avancées pour une utilisation dans de tels équipements.

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Comme toutes les batteries plomb-acide, la technologie TPPL repose sur des plaques de plomb suspendues dans une solution électrolytique d'eau et d'acide sulfurique, à l'intérieur d'un boîtier. Cependant, les plaques TPPL sont particulièrement fines, ce qui permet d'en intégrer davantage et d'obtenir une surface réactive plus importante. Il en résulte une résistance interne plus faible, des pertes d'énergie moindres, une recharge plus rapide et un courant délivré plus élevé, avec une chute de tension plus faible qu'avec une batterie plomb-acide ouverte classique (FLA).

Un chariot élévateur électrique circule dans un entrepôt. (Photo : alamy)

Par rapport à la technologie FLA, les batteries TPPL, elles-mêmes versions améliorées des batteries AGM (Absorbant Glass Mat) , offrent des avantages supplémentaires. Par exemple, ce sont des batteries étanches qui ne nécessitent pas d'entretien régulier. Les émissions de gaz sont également réduites. Enfin, leur durée de vie est plus longue, notamment lorsque les batteries sont soumises à des microcycles répétés de décharge suivis de charges partielles.

Inconvénients par rapport au lithium

Néanmoins, malgré les améliorations les plus récentes, les batteries TPPL présentent des inconvénients par rapport aux batteries au lithium . Premièrement, leur densité énergétique est inférieure. Les plaques de plomb représentent environ 40 à 60 % du poids de la batterie, ce qui entraîne une densité énergétique plus faible. Par conséquent, pour les applications exigeantes nécessitant davantage d'énergie pour assurer le bon fonctionnement de plusieurs équipes avec un seul bloc-batterie, les batteries TPPL ne peuvent pas rivaliser avec leurs homologues au lithium.

Les batteries TPPL subissent également une forte baisse de conductivité électrique à des températures extrêmes. La conductivité de la solution d'acide sulfurique chute considérablement au-dessus de 32 °C et en dessous de 15 °C. La conductivité maximale d'une batterie TPPL à -21 °C est deux fois inférieure à celle obtenue à 15 °C avec l'électrolyte.

Enfin, la profondeur de décharge (DOD) idéale pour une batterie TPPL est de seulement 50 %, avec une décharge maximale sûre de 80 %. Cela est dû à la formation de sulfate de plomb(II) sur les électrodes lors de la décharge. Au lieu de fins cristaux libres, le sulfate de plomb(II) forme une couche dense et continue de gros cristaux à la surface des électrodes. Cela peut augmenter considérablement le volume des plaques en cas de décharge profonde, ce qui peut entraîner leur déformation et leur destruction.

Amélioration des performances TPPL

Il existe cependant plusieurs pistes pour améliorer la conception des batteries TPPL afin d'en optimiser les performances. Par exemple, la capacité électrique de la batterie pourrait être augmentée en modifiant la conception de la plaque d'électrode et en utilisant des poudres pour augmenter la surface de contact électrolyte-électrode.

De plus, l'utilisation de matériaux plus légers peut réduire considérablement le poids des plaques et donc augmenter l'énergie spécifique. Le titane, par exemple, est 2,5 fois plus léger que le plomb et résistant à la corrosion. Des recherches sont en cours sur son utilisation dans l'électrode positive des batteries plomb-acide.

Le carbone peut également être utilisé comme additif pour les revêtements de plaques dans les électrodes positives et négatives pour aider à prévenir la formation de sulfate de plomb (II) tout en augmentant la proportion de la masse de l'électrode impliquée dans les réactions.

Le principal obstacle à ces trois opportunités réside dans le coût de production. L'ajout de composants complexes et coûteux pourrait rendre les produits TPPL excessivement chers. C'est une préoccupation, car le prix des batteries au lithium devrait diminuer avec l'expansion.

Perspectives vs. Lithium

L'avenir des batteries au plomb dans les applications de manutention reste donc incertain. Certaines prévisions laissent présager une perte de parts de marché au profit des batteries au lithium. En juin 2022, EUROBAT, l'association des fabricants européens de batteries automobiles et industrielles, a publié la version 2.0 de sa Feuille de route pour l'innovation des batteries 2030. À l'époque, elle indiquait que les batteries au plomb pour la force motrice dans la manutention, notamment pour les chariots élévateurs, représentaient environ 90 % du marché, le lithium commençant seulement à faire son entrée. D'ici 2030, l'organisation prévoit que la part des batteries lithium-ion sur le marché de la force motrice atteindra près de 50 %.

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