Une batterie intelligente défie le grand froid grâce à une technologie photothermique

L’industrie du stockage énergétique fait face à un défi technique majeur : l’adaptation aux températures extrêmes. Les batteries aqueuses, reconnues pour leurs atouts économiques et environnementaux, subissent une diminution significative de rendement par temps froid. Les recherches menées conjointement par des laboratoires australiens et chinois apportent désormais une réponse inédite aux problématiques de performance en conditions hivernales. Les résultats obtenus bouleversent les standards établis dans le domaine du stockage énergétique.

Une technologie novatrice au service du stockage énergétique hivernal

Les équipes scientifiques de l’Université de Nouvelle-Galles du Sud et de l’Université des Technologies Avancées de Shenzhen ont développé une batterie aqueuse dont l’efficacité est maintenue à des températures négatives. L’étude expose l’utilisation de collecteurs de courant photothermiques associés à des électrodes en suspension, générant une chaleur de manière autonome.

Le dispositif intègre des matériaux à base de Ketjen black, permettant la conversion du rayonnement solaire en énergie thermique. Les régions polaires et les zones froides, où les besoins en stockage énergétique s’avèrent particulièrement importants, bénéficieront directement de cette innovation technologique. Les tests en laboratoire démontrent une stabilité remarquable du système dans des conditions climatiques extrêmes.

Une autorégulation thermique optimisée

L’intégration des matériaux photothermiques dans les collecteurs de courant constitue le cœur technique du projet. Les propriétés remarquables des collecteurs à base de Ketjen black sont mises en évidence par une absorption du rayonnement solaire atteignant 98% sur un spectre étendu (200 à 2500 nm). La régulation thermique interne de la batterie s’effectue rapidement, passant de -18°C à 20°C en à peine 22 minutes.

La distribution thermique homogène est assurée par des électrodes en suspension dotées d’une conductivité thermique exceptionnelle. Le système est complété par un concentrateur lumineux et un mécanisme de régulation sophistiqué, maintenant une température optimale de 20°C durant les phases de charge et de décharge, même lorsque l’environnement extérieur subit des variations entre -5°C et 5°C. Les performances observées dépassent largement les attentes initiales des chercheurs.

Des applications industrielles multiples

Le Dr Dawei Wang, responsable principal des recherches, a indiqué : «Notre engagement porte sur la conception novatrice de technologies énergétiques à zéro émission nette. Le système développé démontre l’efficacité du chauffage solaire appliqué aux dispositifs de batterie complexes. L’industrialisation de cette solution répond aux attentes croissantes du marché en matière de batteries multi-températures.»

Les implications industrielles de cette technologie s’étendent au-delà du simple stockage énergétique. Les batteries aqueuses équipées du système d’autorégulation thermique sont appelées à remplacer progressivement les systèmes lithium-ion traditionnels dans de nombreux secteurs. Les véhicules électriques opérant en conditions climatiques difficiles constituent un domaine d’application privilégié. Les infrastructures énergétiques des régions nordiques pourraient également bénéficier de cette avancée technologique.

L’industrialisation de cette technologie marque un tournant significatif dans le développement des solutions de stockage énergétique adaptées aux climats froids. Les performances obtenues en laboratoire laissent présager un déploiement à grande échelle dans les années à venir, particulièrement dans les zones géographiques soumises à des conditions climatiques extrêmes. Les premiers prototypes industriels devraient être testés dès le début de l’année 2025.

Les retombées économiques et environnementales de cette innovation s’annoncent considérables. La réduction des coûts de maintenance et l’augmentation de la durée de vie des batteries en conditions extrêmes représentent des avantages majeurs pour les opérateurs industriels. Les analyses préliminaires suggèrent une diminution significative de l’empreinte carbone liée au stockage énergétique dans les régions froides.

Légende illustration : L’illustration montre un système de batterie aqueuse photothermique conçu pour les environnements à basse température. La lumière du soleil est captée par un collecteur solaire et dirigée à travers un obturateur de lumière pour chauffer la batterie, augmentant rapidement sa température interne de -20℃ à +23℃. Le système intègre également un contrôleur de lumière/température pour maintenir un fonctionnement stable, garantissant des performances efficaces même dans des conditions inférieures à zéro.Crédit : Energy Materials and Devices, Tsinghua University Press

Article : ‘Rapid photothermal heating of aqueous batteries for low temperature conditions’ / ( 10.26599/EMD.2024.9370043 ) – Tsinghua University Press – Publication dans la revue Energy Materials and Devices