Les chercheurs du Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) du Département de l’Énergie des États-Unis ont développé une nouvelle conception de batterie utilisant un produit chimique courant dans les installations de traitement de l’eau, afin d’obtenir un stockage d’énergie à grande échelle sûr, économique et respectueux de l’environnement.
Une batterie à flux innovante basée sur le fer
Selon une étude publiée dans Nature Communications, la batterie à base de fer développée par les chercheurs du PNNL a démontré une stabilité remarquable sur plus de mille cycles de charge consécutifs, conservant 98,7 % de sa capacité maximale. La performance surpasse de loin les études précédentes sur des batteries similaires à base de fer, qui rapportaient une dégradation de la capacité de charge deux ordres de grandeur plus élevée, sur un nombre de cycles de charge inférieur.
La particularité de cette nouvelle batterie réside dans son électrolyte liquide unique, combinant du fer chargé avec un liquide à base de phosphate à pH neutre. Cet électrolyte, appelé acide nitrilotri-méthylphosphonique (NTMPA), est disponible commercialement en quantités industrielles, car il est couramment utilisé comme inhibiteur de corrosion dans les usines de traitement de l’eau.
Les avantages des batteries à flux
Les batteries à flux sont composées de deux chambres, chacune remplie d’un liquide différent. Elles se chargent par une réaction électrochimique et stockent l’énergie dans des liaisons chimiques. Lorsqu’elles sont connectées à un circuit externe, elles libèrent cette énergie, qui peut alimenter des appareils électriques. Contrairement aux batteries conventionnelles, les batteries à flux disposent de deux réservoirs externes de liquide circulant en permanence, servant de «système sanguin» à la batterie.
Plus le réservoir d’électrolyte est grand, plus la batterie à flux peut stocker d’énergie.
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Les batteries à flux peuvent servir de générateurs de secours pour le réseau électrique et constituent l’un des piliers d’une stratégie de décarbonation visant à stocker l’énergie provenant de sources renouvelables. Leur avantage est qu’elles peuvent être construites à n’importe quelle échelle, de la taille d’un banc de laboratoire à celle d’un pâté de maisons.
Perspectives d’avenir pour les batteries à flux aqueuses
L’équipe de recherche a rapporté que leur conception initiale peut atteindre une densité énergétique allant jusqu’à 9 wattheures par litre (Wh/L). En comparaison, les systèmes commercialisés à base de vanadium ont une densité énergétique deux fois supérieure, à 25 Wh/L. Les batteries à plus haute densité énergétique peuvent stocker plus d’énergie dans une surface plus petite, mais un système construit avec des matériaux abondants sur Terre pourrait être dimensionné pour fournir la même production d’énergie.
Guosheng Li, auteur principal de l’étude et scientifique principal au PNNL, a précisé : « Notre prochaine étape est d’améliorer les performances de la batterie en nous concentrant sur des aspects tels que la tension de sortie et la concentration de l’électrolyte, ce qui contribuera à augmenter la densité énergétique. Notre tension de sortie est inférieure à celle d’une batterie à flux de vanadium typique. Nous travaillons sur des moyens d’améliorer cela. »
Légende illustration : De nouvelles technologies de batteries à flux sont nécessaires pour moderniser le réseau électrique américain et permettre le stockage de l’énergie provenant de sources renouvelables telles que l’énergie éolienne et solaire.
