Le passage aux énergies renouvelables exige des solutions de stockage avant-gardistes, et une nouvelle batterie à écoulement conçue au MIT se présente comme un candidat rentable.

Les dispositifs connus sous le nom de « batteries à  flux » (flow batteries) attirent beaucoup l’attention des scientifiques à la recherche de solutions abordables pour le stockage de l’énergie à l’échelle du réseau, mais sont-ils suffisamment abordables ? Une équipe du MIT pense qu’il est possible d’améliorer ce point et a mis au point un nouveau matériau d’électrode semblable à de la crème glacée qui, selon elle, peut être intégré dans une batterie « semi-solide » pour stocker de l’énergie renouvelable à bas prix.

Les batteries à flux sont une proposition particulièrement séduisante en matière de stockage de l’énergie renouvelable, car elles sont flexibles, évolutives et bien moins chères que le lithium-ion. Ces dispositifs stockent leur énergie dans un liquide contenu dans deux réservoirs, la recueillant ou la libérant lorsque les liquides passent des ions à travers une membrane spéciale qui transforme l’énergie chimique en électricité.

Comme la capacité de stockage du système peut être augmentée simplement en augmentant la taille des réservoirs et donc la quantité d’électrolyte liquide qu’ils peuvent contenir, les batteries à flux peuvent offrir un moyen de stocker de grandes quantités d’énergie renouvelable à un coût relativement faible. Elles peuvent également stocker cette énergie pendant des mois, comblant ainsi les lacunes inévitables dans l’approvisionnement intermittent offert par l’énergie solaire et éolienne.

Les chercheurs du MIT ont entrepris de concevoir et de construire une forme plus abordable de batterie à écoulement qui utilise des produits chimiques moins chers que les candidats actuels, tels que les batteries à écoulement redox qui reposent sur le vanadium. L’équipe a mené de nombreuses expériences en laboratoire à la recherche d’un conducteur électrique plus abordable. Elle a finalement trouvé une recette pour un mélange boueux dont la consistance ressemble à celle de la mélasse et qui semble offrir les propriétés souhaitées.

Un matériau d’électrode semblable à de la mélasse, mis au point au MIT, laisse entrevoir une nouvelle solution de stockage abordable pour les énergies renouvelables.

La formule gagnante, dont la texture ressemble à celle d’une crème glacée molle, est constituée d’un mélange noir épais contenant des particules de dioxyde de manganèse (MnO2) dispersées avec un additif conducteur d’électricité dans le noir de carbone. Lorsque le mélange est pompé des réservoirs vers la membrane, le noir de carbone réagit avec une solution de zinc conductrice pour convertir efficacement l’énergie chimique en électricité.

Une batterie à flux semi-solide comprenant ce mélange a été mise à l’épreuve avec d’autres systèmes de stockage d’énergie, l’équipe cherchant à voir comment ils se comparent en termes de coûts opérationnels. L’équipe a cherché à les comparer en termes de coûts d’exploitation. Étant donné qu’elle utilise un mélange sous forme de boue au lieu des solutions aqueuses des batteries à écoulement conventionnelles, elle a besoin de plus d’énergie pour le pomper du réservoir à la membrane. Mais même en tenant compte de ce facteur, les scientifiques affirment que leur nouvelle batterie à flux semi-solide a donné de bons résultats.

Ils ont calculé les coûts d’investissement liés à son fonctionnement sur des durées de huit, 24 et 72 heures, et ont constaté que pour tout stockage d’une durée supérieure à une journée, la conception s’est avérée plus performante qu’une batterie à flux de vanadium redox et une batterie lithium-ion.

« Nous avons effectué une analyse complète et ascendante pour comprendre comment la composition de la batterie affecte les performances et le coût, en examinant tous les compromis », explique l’auteur de l’étude, Thaneer Malai Narayanan. « Nous avons montré que notre système peut être moins cher que les autres, et qu’il peut être mis à l’échelle ».

Les scientifiques notent qu’une mosaïque de technologies de stockage sera nécessaire pour faciliter un passage massif aux énergies renouvelables. Différents scénarios pourraient nécessiter des solutions différentes, le lithium offrant une bonne option de secours pour des périodes de huit heures ou moins, mais étant coûteux pour toute période plus longue. Selon l’équipe, si l’hydrogène est coûteux pour le stockage à court terme, il peut être rentable pour les longues durées. L’équipe prévoit de poursuivre le développement du nouveau système de batterie pour voir où il pourrait se situer dans cette gamme.

« La transition vers une énergie propre nécessite des systèmes de stockage d’énergie de différentes durées pour les périodes où le soleil ne brille pas et où le vent ne souffle pas », explique Emre Gençer, chercheur au sein de l’initiative énergétique du MIT et membre de l’équipe. « Notre travail démontre qu’une batterie à flux semi-solide pourrait être une option à la fois salvatrice et économique lorsque ces sources d’ERV ne peuvent pas générer d’énergie pendant une journée ou plus – dans le cas de catastrophes naturelles, par exemple. »

https://news.mit.edu/2021/energy-storage-solution-soft-serve-ice-cream-1130

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435121003482