Comprendre les types de batteries UPS : plomb-acide vs LiFePO4

De manière inattendue, votre batterie UPS peut mourir, interrompant la fonctionnalité de l'UPS. Cela déclenche généralement une recherche impulsive d'une nouvelle batterie entièrement chargée. Il est temps de décider du type de batterie le plus adapté à votre système UPS.

Les batteries au lithium fer phosphate (LiFePO4) et les batteries au plomb sont les types de batteries UPS les plus populaires. Bien que le LiFePO4 soit plus puissant que le type batterie au plomb, il est facile d'être submergé lors du choix entre les deux. 

Cet article les explique simplement et clairement à votre niveau de compréhension. Connaissez les différences et choisissez finalement judicieusement.

Connaître les batteries au plomb

Les batteries au plomb sont les plus anciennes batteries rechargeables encore utilisées. Elles furent la première invention d'une batterie rechargeable, lancée au milieu des années 1800. Étonnamment, elles sont restées au sommet même après l'invention de batteries rechargeables modernes plus récentes.  

Cependant, au fil du temps, des améliorations technologiques ont été apportées au produit. Ainsi, vous constaterez que les batteries au plomb se divisent en différents types, le plus récent et le plus avancé étant le type AGM (Absorbed Glass Mat). De plus, le plomb lui-même a été modifié avec l'innovation des alliages de plomb pour améliorer l'efficacité de cette batterie. 

La structure du bloc batterie

Cela répond à votre curiosité sur l'apparence d'une batterie au plomb. Sa structure contient plusieurs parties qui fonctionnent en symbiose pour fournir une charge électrique à un système connecté. 

Typiquement, une batterie scellée comprend des électrodes et un électrolyte (une solution anodique, principalement acide). Dans ce cas, une batterie au plomb utilise du dioxyde de plomb et du plomb spongieux/poreux comme électrodes et de l'acide sulfurique concentré comme électrolyte pour produire de l'électricité. 

Voici les composants principaux d'une batterie au plomb :

• Cathode (la plaque positive) : dioxyde de plomb (PbO2)
• Anode (la plaque négative) : plomb spongieux (Pb)
• Électrolyte : acide sulfurique concentré (mélangé avec de l'eau)
• Séparateurs poreux placés entre les plaques alternées de cathode et d'anode

Tous ces éléments principaux sont enfermés dans un boîtier en plastique, ce qui les maintient intacts. L'électrolyte remplit l'espace laissé par les autres éléments à l'intérieur du compartiment ou du boîtier de la batterie. Ainsi, les plaques et le séparateur sont entièrement immergés dans la solution d'acide sulfurique pour un processus électrochimique. 

Comment fonctionne la batterie au plomb

Pour les non-initiés, l’énergie électrique est générée par des réactions chimiques entre les composants réactifs de la batterie. Une batterie au plomb peut alimenter votre UPS grâce au flux d’électrons entre les électrodes et l’électrolyte. 

Pour simplifier en détail, c’est plutôt un circuit électrochimique dans lequel les électrons circulent de la plaque négative, à travers l’appareil qu’ils alimentent, puis vers la plaque positive. 

À l’anode, le plomb spongieux réagit avec l’acide sulfurique aqueux, libérant des électrons. Simultanément, une autre réaction se produit à la cathode, créant un besoin de capter les électrons accumulés à l’anode. C’est de la pure chimie qui se passe dans le boîtier de la batterie, et apprendre cela rend tout le parcours d’apprentissage fascinant.

Avantages et inconvénients des batteries au plomb

Voici à quoi s’attendre avec une batterie au plomb. Après avoir déterminé les avantages, vous évaluerez les limites de ce type de batterie UPS pour décider si une batterie au plomb est votre choix. 

Avantages (Points positifs)

• Large disponibilité : Comme mentionné précédemment, les batteries au plomb existent depuis de nombreuses décennies en raison de leur usage répandu. Elles sont très populaires et largement vendues dans les magasins de détail, les quincailleries, et même boutiques en ligne dans le monde entier.
• Rentabilité: Cette batterie est l’une des plus abordables sur le marché. Choisir une batterie au plomb facilite le respect d’un budget limité.
• Durabilité et résistance : Les batteries au plomb sont robustes et fournissent facilement de l’énergie même dans des environnements difficiles, comme des températures extrêmement élevées. Elles fonctionnent efficacement aussi bien par temps froid que chaud sans dysfonctionnement. 
• Respect de l’environnement :  C’est un type de batterie durable car recyclable. Elle réduit le besoin de nouvelles matières premières pour sa fabrication, économisant les ressources mondiales et limitant la dégradation environnementale. Les composants en plomb d’une vieille batterie au plomb sont facilement réutilisés pour fabriquer de nouvelles batteries au plomb.

• Batterie lourde et encombrante : La forte teneur en plomb rend les batteries au plomb lourdes et difficiles à déplacer. Elles conviennent donc mieux aux applications où la portabilité n’est pas nécessaire. 
• Durée de vie limitée : Les batteries au plomb ont des cycles de charge-décharge plus courts comparés aux batteries modernes émergentes, d'où une durée de vie plus courte. La durée de vie en cycles varie entre 500 et 1000 cycles, selon le type de batterie au plomb. 
• Exigences d'entretien :  Le type de batterie au plomb-acide inondée, en particulier, nécessite un entretien périodique. Vous devez vérifier régulièrement les niveaux d'électrolyte et remplir l'électrolyte de la batterie avec de l'eau distillée ou déionisée. Et il faut veiller à ne pas trop remplir ni sous-remplir la batterie. 

Batteries LiFePO4

En ce qui concerne la technologie LiFePO4, vous avez affaire à une batterie légère qui ne nécessite aucun entretien, offre une meilleure performance et efficacité, mais est assez coûteuse. Parfois appelées batteries LFP, les batteries LIFePO4 (phosphate de fer au lithium) sont un type de batterie lithium-ion applicable aux systèmes d'alimentation de secours comme les onduleurs (UPS).

Comme les batteries au plomb-acide, les batteries lithium-ion appartiennent à la famille des batteries rechargeables. La toute première batterie lithium-ion est apparue dans les années 1990. Elle s'est développée au fil des ans grâce à des améliorations de performance et de fiabilité et connaît un essor dans le marché actuel des batteries axé sur la technologie.

Au départ, ce type de batterie était associé aux ordinateurs portables, téléphones mobiles, appareils photo et à la plupart des petits appareils électroniques portables. Plus tard, il a évolué et son utilisation s'est étendue aux alimentations de secours, véhicules électriques et autres systèmes de grande puissance.

Composition des batteries LiFePO4

Pour commencer par les bases, les batteries LiFePO4 sont composées de lithium, de fer et de phosphate, qui est le matériau formant la cathode. Parce que le lithium est l'élément clé, elles sont considérées comme un type de batterie lithium-ion. 

La section de l'anode est composée de graphite et de matériaux carbonés, tandis que l'électrolyte est essentiellement un sel de lithium dissous dans un solvant organique. Il s'agit principalement d'un mélange de hexafluorophosphate de lithium et de carbonate d'éthylène ou de carbonate de diméthyle, constituant l'électrolyte d'une batterie LiFePO4.  

De même, les plaques électrodes sont maintenues séparées par un séparateur polymère poreux. Tous ces composants sont scellés dans un boîtier hermétique sous forme de boîtier de batterie, tout comme dans les batteries au plomb-acide. 

Comment fonctionne la batterie LiFePO4

Lors de la décharge, l'énergie chimique est convertie en énergie électrique par des réactions électrochimiques au sein du système LiFePO4. L'inverse se produit lorsque la batterie est chargée pour stocker plus d'énergie. Cette batterie fonctionne par des cycles alternés de charge et de décharge. 

Lors de la fourniture d'énergie électrique, les ions lithium se dissocient de la cathode et sont attirés par l'anode en graphite. Ce flux d'ions, en particulier d'électrons, déclenche un courant électrique qui alimente l'onduleur (UPS) connecté. En général, les batteries fonctionnent selon le même principe d'électrolyse.

Avantages et inconvénients des batteries LiFePO4

Les batteries LiFePO4 sont devenues très populaires récemment pour les raisons suivantes. Cependant, leurs inconvénients par rapport à d'autres types de batteries vous feront réfléchir. Nous recommandons de choisir en fonction de vos besoins prédéfinis. 

Avantages (Points positifs)

• Haute densité énergétique : Les batteries LiFePO4 ont une haute densité énergétique, ce qui signifie qu'elles stockent beaucoup d'énergie dans un petit volume.

• Légères et compactes : La plupart des batteries LiFePO4 sont petites et légères car les matériaux utilisés sont légers et offrent une grande capacité énergétique par unité de poids.

• Longue durée de vie : Ces batteries supportent 2000 cycles de charge, pouvant atteindre jusqu'à 10 000 cycles en usage commercial. Elles durent donc longtemps, entre 5 et 10 ans avec un bon entretien.

• Respectueuse de l'environnement : Elles ne contiennent pas de métaux toxiques comme le plomb, le cobalt ou le cadmium, ce qui les rend totalement sûres pour l'environnement.

Limitations (Inconvénients)

• Coût initial plus élevé : La batterie LiFePO4 coûte cher à l'achat. Cependant, ses avantages à long terme et sa durée de vie en font un investissement précieux pour votre onduleur (UPS).

• Exigences complexes de gestion : La batterie LiFePO4 utilise un système complexe de gestion de batterie (BMS), qui nécessite des mises à jour régulières pour maintenir l'efficacité de son fonctionnement.

• Vulnérabilité aux conditions extrêmes : L'exposition à des températures extrêmement élevées ou basses entraîne une mauvaise performance et endommage la batterie LiFePO4, réduisant ainsi sa durée de vie. Vous remarquerez que la batterie se charge plus lentement, surtout lorsqu'il fait trop froid.

Comparaison entre les batteries au plomb et les batteries LiFePO4

Maintenant, nous analysons les différences entre les batteries au plomb et les batteries LiFePO4 à travers des comparaisons sur divers aspects. 

Coût

Les batteries au plomb sont moins chères que les batteries LiFePO4 en ce qui concerne le prix d'achat initial. Si vous avez un budget limité, les batteries au plomb surpassent les batteries LiFePO4. Cependant, les batteries LiFePO4 sont plus rentables à long terme compte tenu de leur durabilité prolongée et de leur fonctionnalité supérieure. 

Comparaison des performances

• Efficacité énergétique : comparées aux batteries au plomb, les batteries LiFePO4 sont plus efficaces énergétiquement. Elles ont une densité énergétique plus élevée, ce qui signifie qu'elles ont une plus grande capacité de stockage d'énergie dans un espace plus réduit. 
• Cycles de vie et durabilité : les batteries LiFePO4 ont 4 à 10 fois plus de cycles de charge et de décharge que les batteries au plomb. Plus il y a de cycles de vie, plus elles sont robustes et durables.
• Impact environnemental : les batteries LiFePO4 sont totalement sûres pour l'environnement car elles ne contiennent pas de métaux ou d'éléments toxiques. En revanche, les batteries au plomb sont écologiques dans la mesure où le plomb est recyclable. Cependant, elles peuvent causer une dégradation environnementale car le plomb est un métal très toxique et l'acide sulfurique est très corrosif.

Adaptation à l'application

Les batteries LiFePO4 conviennent surtout aux UPS de grande taille nécessitant une alimentation durable pour faire fonctionner les systèmes. Il s'agit souvent de lieux commerciaux à grande échelle et de bureaux où l'utilisation d'ordinateurs et d'équipements de télécommunication est courante. La consommation d'espace, la fiabilité de la batterie, l'utilisation à long terme et les économies de coûts sont souvent les préoccupations principales.

Si votre UPS est de petite ou moyenne taille, choisissez des batteries au plomb. Elles sont les plus recommandées pour les alimentations de secours dans les maisons et les centres commerciaux où le coût initial est privilégié par rapport à la valeur à long terme, et où l'espace est peu pris en compte. 

En résumé

Que vous optiez pour des batteries LiFePO4 ou au plomb, définissez votre budget et la disponibilité de l'espace, puis évaluez les différentes caractéristiques et exigences d'entretien avant d'acheter. Aucune ne surpasse complètement l'autre, car le choix de votre batterie UPS dépendra des besoins énergétiques à satisfaire.

Sinon, procurez-vous une batterie de haute qualité batterie LiFePO4 ou système UPS de GoldenMate Energy. Nous avons toujours vos intérêts en matière de stockage d'énergie à cœur. N'oubliez pas non plus de consulter notre guide, ce qui vous aidera lors de votre prochain achat.