Transition énergétique : des batteries plus performantes grâce à l’IA

Révolutionner le stockage de l’énergie pour accélérer la transition énergétique, tel est l’objectif ambitieux de la nouvelle installation plateforme de lancement du stockage en réseau ( GSL ) qui ouvrira ses portes en 2024 aux États-Unis sur le campus du Laboratoire national du Pacifique Nord-Ouest (PNNL).

En permettant de tester à grande échelle les batteries de demain, cette infrastructure de pointe pourrait bien accélérer le développement des technologies de batteries de demain, plus fiables et moins coûteuses.

Tester et valider les technologies de batteries

Dans le Laboratoire d’essai de fiabilité des batteries, le scientifique David Reed dirige une équipe qui teste différentes technologies de batteries pouvant être utilisées pour stocker l’énergie sur le réseau. Les communautés auront besoin de grosses batteries capables de stocker de l’énergie sur de nombreuses heures, et elles devront pouvoir fonctionner pendant de nombreuses années.

L’équipe du scientifique se concentre sur des technologies comme les batteries sodium-ion ou à circulation et les teste dans des conditions réalistes pour déterminer si elles répondent aux besoins du monde réel.

« Nous testons chaque batterie dans différentes conditions de demande énergétique« , explique David Reed. « Après les tests, nous analysons la batterie et nous posons des questions comme : pourquoi cette batterie s’est-elle dégradée dans tel ou tel cycle et que pouvons-nous faire pour prolonger sa durée de vie ?« 

Utiliser l’IA et l’apprentissage automatique pour faire avancer la technologie

Les chercheurs du PNNL ne se contentent pas de tester un grand nombre de molécules individuelles. Dans certains cas, la structure d’une molécule peut affecter son comportement, les scientifiques doivent donc également tester différentes structures de molécules pour comprendre leur efficacité en tant que matériaux de stockage.

Par exemple, le PNNL étudie une nouvelle technologie de batterie appelée flux organique, qui utilise des molécules organiques dissoutes dans un électrolyte liquide. Pour qu’une batterie à circulation fonctionne, les molécules qui déplacent les électrons doivent être solubles afin de pouvoir se dissoudre dans le liquide.

Mais la solubilité est une caractéristique insaisissable à étudier, explique Wei Wang, scientifique des matériaux au PNNL. Les chercheurs doivent donc tester de nombreuses molécules différentes et leur solubilité pour déterminer lesquelles fonctionneraient le mieux dans une batterie à circulation.

La sécurité d’abord

Avec toute nouvelle technologie, les chercheurs doivent anticiper et se préparer aux dangers potentiels. Les grands systèmes de stockage d’énergie qui soutiennent le réseau présentent leurs propres risques, c’est pourquoi le PNNL participe à l’élaboration d’un ensemble unique de normes de sécurité pour guider les fabricants dans la conception et l’installation de systèmes sûrs.

Le PNNL se consacre également à la sécurité des communautés qui finissent par utiliser cette technologie.

Matthew Paiss, ancien pompier, se spécialise dans la sécurité des systèmes de stockage d’énergie. Il parcourt le pays pour éduquer les fabricants de batteries, les dirigeants municipaux et les équipes de pompiers sur la meilleure façon de gérer les urgences comme les incendies de batteries.

L’avenir du stockage d’énergie

À GSL, des chercheurs pourront collaborer pour comprendre les technologies émergentes de batteries afin d’accélérer un avenir décarboné. La nouvelle installation favorisera également les collaborations avec des partenaires industriels qui travaillent sur les défis liés au stockage d’énergie de longue durée.

Certains des problèmes des batteries n’apparaissent qu’une fois une certaine taille atteinte, comme l’échelle nécessaire à un système de stockage d’énergie pour soutenir le réseau », explique pour conclure Vince Sprenkle, conseiller au PNNL. « Pour résoudre les défis du stockage d’énergie à long terme, nous devons mettre tous les acteurs sur la même longueur d’onde. GSL sera un point focal pour ces collaborations. »

En synthèse

La nouvelle installation GSL au PNNL permettra d’accélérer le développement de technologies de batteries plus fiables et moins coûteuses, essentielles à la transition énergétique. Les chercheurs pourront tester et valider à grande échelle de nouvelles technologies comme le sodium-ion ou le flow, et utiliser l’IA pour simuler rapidement de nouveaux matériaux.

Pour une meilleure compréhension

Pourquoi cette nouvelle installation GSL est-elle importante ?

GSL permettra d’accélérer le développement de batteries plus performantes, essentielles à la transition énergétique et à l’intégration des renouvelables.

Quels types de batteries y seront étudiés ?

Des batteries sodium-ion, flow, nickel-fer, plomb-acide, pour le stockage longue durée.

Comment la sécurité sera-t-elle prise en compte ?

Formations pour les industriels et premiers intervenants. Le bâtiment aura des dispositifs de sécurité en cas de défaillance.

Quel est l’intérêt de l’IA dans ces recherches ?

Permettre de simuler rapidement de nouveaux matériaux à moindre coût.

Comment GSL favorisera-t-il les collaborations ?

En réunissant chercheurs et industriels autour des défis technologiques du stockage longue durée.

Légende illustration principale : En combinant l’analyse de données avec la découverte et la synthèse de matériaux, la caractérisation, le prototypage, les essais et la validation, les scientifiques du PNNL accélèrent la prochaine génération de matériaux de stockage de l’énergie. (Photo par Andrea Starr | Pacific Northwest National Laboratory)

Ce projet est financé par le Bureau de l’électricité du ministère de l’énergie (DOE). La recherche menée dans ces nouveaux locaux viendra compléter les efforts des experts du PNNL travaillant juste en face, au sein de l’Electricity Infrastructure Operations Center, où la résilience du vaste réseau électrique du pays est au cœur des recherches.