Nouvelle batterie pour stocker l’énergie renouvelable à moindre coût

Des chercheurs américains ont développé une batterie innovante utilisant des éléments abondants pour stocker l’énergie renouvelable de manière efficace et économique. La technologie combine potassium, sodium et soufre pour créer une solution de stockage à long terme. Un nouvel électrolyte permet d’améliorer les performances et de réduire la température de fonctionnement. L’innovation pourrait contribuer à stabiliser les réseaux électriques et réduire la dépendance aux combustibles fossiles.

Les énergies renouvelables comme le solaire et l’éolien jouent un rôle essentiel dans la transition énergétique. Cependant, leur production intermittente pose un problème : comment stocker l’énergie produite pour l’utiliser quand le soleil ne brille pas ou le vent ne souffle pas ?

Pour répondre à cet enjeu, des scientifiques de Columbia Engineering ont mis au point une nouvelle batterie combinant des éléments peu coûteux et largement disponibles : le potassium (K), le sodium (Na) et le soufre (S).

Une solution innovante pour un stockage longue durée

L’équipe dirigée par Yuan Yang, professeur associé de science des matériaux à Columbia Engineering, a développé un nouvel électrolyte permettant d’améliorer les performances des batteries K-Na/S. Yuan Yang explique l’importance de travaux : « Il est important que nous puissions prolonger la durée de fonctionnement de ces batteries, et que nous puissions les fabriquer facilement et à moindre coût.« 

Les améliorations apportées par nouvel électrolyte incluent :

• Augmentation de la capacité de stockage
• Fonctionnement à plus basse température (environ 75°C au lieu de 250°C)
• Coûts de fabrication réduits

Les batteries K-Na/S présentaient jusqu’à présent deux inconvénients majeurs : une faible capacité due à la formation de composés inactifs et une température de fonctionnement élevée nécessitant une gestion thermique complexe.

Le nouvel électrolyte mis au point par l’équipe de Columbia Engineering résout problèmes en dissolvant les composés inactifs, ce qui permet d’améliorer la densité énergétique et la puissance des batteries. De plus, il abaisse considérablement la température de fonctionnement.

Zhenghao Yang, co-auteur principal de l’étude, souligne les résultats obtenus : « Notre approche atteint des capacités de décharge proches du maximum théorique et une durée de vie prolongée. C’est très prometteur dans le domaine des batteries K/S à température intermédiaire. »

Vers une production à grande échelle

Actuellement, les chercheurs travaillent sur des batteries de petite taille, similaires à des piles bouton. Leur objectif est de développer technologie pour stocker de grandes quantités d’énergie. S’ils réussissent, nouvelles batteries pourraient fournir une alimentation stable et fiable à partir de sources renouvelables, même en période de faible ensoleillement ou de vent faible.

L’équipe poursuit ses travaux pour optimiser la composition de l’électrolyte et améliorer encore les performances de la batterie. Elle explore notamment différentes combinaisons de solvants et d’additifs pour maximiser la conductivité ionique et la stabilité chimique de l’électrolyte.

La recherche s’inscrit dans le cadre des travaux du Columbia Electrochemical Energy Center (CEEC), qui rassemble des chercheurs de différentes disciplines pour développer des technologies innovantes dans le domaine du stockage et de la conversion de l’énergie électrochimique.

En collaborant avec des partenaires industriels, le CEEC vise à accélérer la commercialisation de nouvelles technologies pour répondre aux défis énergétiques actuels et futurs. approche multidisciplinaire permet d’aborder les problèmes de stockage d’énergie sous différents angles, de l’échelle moléculaire à l’intégration dans les réseaux électriques.

Un pas vers un avenir énergétique durable

Si les résultats de étude se confirment à grande échelle, nous pourrions disposer d’une solution de stockage d’énergie renouvelable efficace, économique et durable. innovation contribuerait ainsi à la transition vers un système énergétique plus propre et plus fiable, en permettant une meilleure intégration des sources d’énergie intermittentes comme le solaire et l’éolien.

Les prochaines étapes de recherche incluront des tests à plus grande échelle et l’optimisation des processus de fabrication pour préparer la technologie à une éventuelle commercialisation. Les chercheurs envisagent également d’explorer d’autres combinaisons d’éléments pour créer des batteries encore plus performantes et durables.

Le développement de batteries K-Na/S à température intermédiaire représente une avancée prometteuse dans le domaine du stockage d’énergie renouvelable. Si technologie tient ses promesses, elle pourrait jouer un rôle clé dans la transition énergétique mondiale en rendant les sources d’énergie renouvelables plus fiables et plus compétitives face aux combustibles fossiles.

Article : ‘Designing electrolytes with high solubility of sulfides/disulfides for high-energy-density and low-cost K-Na/S batteries’ / ( 10.1038/s41467-024-51905-6 ) -Columbia University School of Engineering and Applied Science – Publication dans la revue Nature Communications / 5-Sep-2024

Légende illustration : Imagerie au microscope optique du catholyte à température ambiante, montrant qu’aucun solide ne se forme à la fin de la décharge (figure de droite). Les fibres de carbone enroulées, qui constituent le collecteur de courant (substrat) du catholyte, sont visibles. Les deux images montrent le changement de couleur du catholyte pendant la décharge de la batterie.