Le prototype de la batterie hibernante de l’équipe du PNNL a la taille d’un palet de hockey.

Les scientifiques continuent d’explorer les technologies de batteries avancées qui pourraient nous aider à exploiter pleinement le potentiel des énergies renouvelables, en s’efforçant de remédier à la nature intermittente de l’énergie provenant du soleil et du vent. Une équipe du Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) a mis au point une nouvelle conception qui répond à quelques critères importants dans ce domaine, en présentant un type de batterie « hibernante » capable de conserver son énergie pendant des mois.

Le type de technologie de stockage d’énergie au centre de cette recherche est connu sous le nom de batterie à sels fondus. Elles existent depuis plus de 50 ans sous différentes formes et sont considérées comme une solution de stockage à l’échelle du réseau pour les énergies renouvelables en raison de leur faible coût et de l’utilisation de matériaux courants.

Ces dispositifs utilisent un sel fondu comme électrolyte, c’est-à-dire la solution qui transporte la charge électrique entre les deux électrodes de la batterie, la cathode et l’anode. En maintenant l’électrolyte à haute température, le sel reste à l’état fondu et s’écoule comme un liquide, mais à température ambiante, il devient solide. L’équipe du PNNL a exploité ces caractéristiques pour produire ce qui est décrit comme une batterie hibernante basée sur la température.

Schéma de la conception de la batterie d’hibernation de l’équipe du PNNL

Le dispositif se compose d’une anode en aluminium et d’une cathode en nickel, qui sont immergées dans un électrolyte de sel fondu dopé au soufre pour augmenter la capacité. La batterie est chargée en la chauffant à 180 °C, ce qui permet aux ions de circuler dans l’électrolyte liquide pour générer de l’énergie chimique. En refroidissant la batterie à température ambiante, l’électrolyte se solidifie et les ions se figent, bloquant l’énergie jusqu’à ce que la batterie soit réchauffée pour que l’énergie circule à nouveau.

C’est pourquoi les scientifiques appellent également ce dispositif une « batterie gel-dégel ». Bien que le prototype n’ait que la taille d’un palet de hockey, ils sont optimistes quant à son potentiel de mise à l’échelle. Sa densité théorique est de 260 Wh par kilogramme, ce qui est plus élevé que les batteries au plomb et les batteries à écoulement actuelles, et son énergie est stockée à un coût matériel d’environ 23 dollars par kWh, que l’équipe espère ramener à environ 6 dollars par kWh en incorporant du fer dans la conception. Lors des tests, la batterie a conservé 92 % de sa capacité sur 12 semaines.

« C’est un peu comme faire pousser des aliments dans son jardin au printemps, mettre le surplus dans un récipient dans son congélateur, puis le décongeler pour le dîner en hiver », a déclaré le premier auteur Minyuan « Miller » Li.

Ces derniers temps, nous avons assisté à quelques innovations prometteuses dans la technologie des piles à sels fondus. Généralement, les batteries à sels fondus utilisent un séparateur en céramique entre l’anode et la cathode pour contrôler quelles molécules sont autorisées à passer. En 2018, une équipe du MIT a montré comment une maille d’acier plus durable pouvait être utilisée à la place. L’année dernière, une équipe des Sandia National Laboratories a également démontré une version moins chère qui pourrait fonctionner à des températures bien plus basses que les conceptions conventionnelles. L’équipe du PNNL a également opté pour une alternative au séparateur en céramique utilisé dans les batteries classiques à sels fondus, en optant pour de la fibre de verre, qui, selon elle, est moins chère et plus durable.

Les scientifiques imaginent leur batterie hibernante basée sur la température comme une solution de stockage à long terme pour les énergies renouvelables.

À terme, les scientifiques espèrent que cette technologie pourra offrir une forme de stockage saisonnier de l’énergie, en collectant l’énergie à un moment de l’année pour l’utiliser à un autre moment. Et comme la batterie peut rester inactive tout en conservant la majeure partie de l’énergie stockée, elle n’aurait besoin d’être chargée et déchargée que quelques fois par an.

« On peut commencer à imaginer quelque chose comme une grande batterie sur un tracteur-remorque de 12 m stationné dans un parc éolien », a déclaré le co-auteur Vince Sprenkle. « La batterie est chargée au printemps, puis le camion est conduit le long de la route jusqu’à une sous-station où la batterie est disponible si nécessaire pendant la chaleur de l’été. »

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666386422000911?via%3Dihub

https://www.pnnl.gov/news-media/freeze-thaw-battery-adept-preserving-its-energy