Des ingénieurs ont mis au point une batterie à base d’eau qui pourrait aider les ménages australiens à stocker l’énergie solaire sur leur toit de manière plus sûre, moins chère et plus efficace que jamais.
Leur « batterie à flux » de nouvelle génération ouvre la voie à des systèmes de batteries compacts et performants pour les habitations, et devrait être beaucoup moins chère que les systèmes lithium-ion actuels, qui coûtent 10 000 dollars.
Les batteries à flux existent depuis des décennies, mais elles sont traditionnellement utilisées pour le stockage de l’énergie à grande échelle en raison de leur taille importante et de leur vitesse de charge lente.
Wanqiao Liang, premier auteur de l’étude et candidat au doctorat au département de science et d’ingénierie des matériaux, a déclaré que la nouvelle conception de la membrane de l’équipe résout le problème de la vitesse, ce qui la rend idéale pour les ménages et en fait un acteur clé prometteur sur le marché de la transition énergétique.
« Nous avons pris une chimie sûre et abordable et l’avons rendue suffisamment rapide pour capter l’énergie solaire des toits en temps réel », a dit Mme Liang.
« Nous avons conçu une membrane qui rend enfin les batteries à flux organique compétitives pour le stockage résidentiel et à moyenne échelle. Cela ouvre la voie à des systèmes qui sont non seulement moins chers, mais aussi plus sûrs et plus simples à mettre à l’échelle ».
Alors que certaines entreprises produisent déjà des batteries à flux, la conception de Monash se distingue par sa combinaison de sécurité, de faible coût et de performance à grande vitesse – un équilibre que peu de systèmes dans le monde ont atteint.
« La clé était d’améliorer la sélectivité des ions, c’est-à-dire de laisser passer rapidement les bons ions tout en empêchant les ions indésirables d’entrer. Notre nouvelle membrane atteint cet équilibre et permet un fonctionnement rapide et stable, même à des densités de courant élevées », a ajouté Mme Liang.
« Nous avons surpassé la membrane Nafion standard de l’industrie en termes de vitesse et de stabilité, en réalisant 600 cycles de courant élevé sans pratiquement aucune perte de capacité, ce qui constitue un grand pas en avant pour ce type de batterie. »
Wanqiao a indiqué qu’un équilibre minutieux était essentiel pour que ces batteries puissent être utilisées pour l’énergie solaire sur les toits des maisons.
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« C’est le genre de batterie que vous voudriez avoir dans votre garage », a affirmé Mme Liang.
« Elle est non toxique, ininflammable et fabriquée à partir de matériaux abondants, tout en restant compatible avec l’énergie solaire lors d’une journée ensoleillée. »
L’équipe est en train d’imprimer en 3D des prototypes de systèmes et de les tester dans des conditions réelles.
« Si les prototypes continuent à fonctionner comme nous l’espérons, ils pourraient être commercialisés dans quelques années », a t-elle dit encore.
Le Dr Cara Doherty, coauteur de l’étude au CSIRO, a déclaré que les batteries à flux stockent l’énergie dans des liquides plutôt que dans des matériaux solides comme ceux que l’on trouve dans les batteries lithium-ion, ce qui les rend moins chères à fabriquer, plus sûres à exploiter et plus faciles à mettre à l’échelle.
« Les batteries à flux fonctionnent un peu comme deux aquariums reliés par une membrane qui laisse passer les ions, ce qui permet de stocker et de libérer l’énergie », explique le Dr Doherty.
« Nous avons mis au point un nouveau type de membrane à l’intérieur de la batterie qui guide mieux le flux des matériaux, un peu comme si l’on ajoutait des voies à une autoroute. Cela signifie une charge plus rapide, une plus longue durée de vie de la batterie et une meilleure performance globale. »
En 2018, Monash a installé un système de stockage redT energy (désormais connu sous le nom d’Invinity energy) de 1MWh – la plus grande installation commerciale derrière le compteur en Australie et la première de ce type à l’échelle mondiale – comme élément central du micro-réseau de son campus de Clayton. Le micro-réseau de Monash joue un rôle central dans l’objectif de l’université de devenir autonome à 100 % en matière d’énergie et constitue un élément clé pour parvenir à des émissions nettes zéro d’ici à 2030.
Article : « Flow Battery with Remarkably Stable Performance at High Current Density: Development of A Nonfluorinated Separator with Concurrent Rejection and Conductivity » – DOI : 10.1002/anie.202505383
Source : U. Monash
