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Jun 03, 2023

La batterie rechargeable au sel fondu gèle l’énergie en place pendant longtemps

Cette technologie pourrait apporter davantage d'énergie renouvelable au réseau électrique. Au printemps, dans le nord-ouest du Pacifique, l'eau de fonte provenant du dégel des neiges dévale les rivières et le vent souffle souvent fort. Ces forces

La technologie pourrait apporter davantage d’énergie renouvelable au réseau électrique

Au printemps, dans le nord-ouest du Pacifique, l'eau de fonte provenant du dégel des neiges dévale les rivières et le vent souffle souvent fort. Ces forces font tourner les nombreuses turbines électriques de la région et génèrent une quantité abondante d'électricité à une époque de températures douces et de demande énergétique relativement faible. Mais une grande partie de cet excédent saisonnier d’électricité – qui pourrait alimenter les climatiseurs l’été prochain – est perdue parce que les batteries ne peuvent pas le stocker assez longtemps.

Des chercheurs du Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), un laboratoire national du ministère de l'Énergie situé à Richland, Washington, développent une batterie qui pourrait résoudre ce problème. Dans un article récent publié dans Cell Reports Physical Science, ils ont démontré comment la congélation et la décongélation d’une solution de sel fondu créent une batterie rechargeable capable de stocker de l’énergie à moindre coût et efficacement pendant des semaines ou des mois. Une telle capacité est cruciale pour éloigner le réseau américain des combustibles fossiles qui libèrent des gaz à effet de serre et se tourner vers les énergies renouvelables. Le président Joe Biden s’est fixé pour objectif de réduire de moitié les émissions de carbone des États-Unis d’ici 2030, ce qui nécessitera une augmentation majeure des sources d’énergie éolienne, solaire et autres sources d’énergie propre, ainsi que des moyens de stocker l’énergie qu’elles produisent.

La plupart des batteries conventionnelles stockent l’énergie sous forme de réactions chimiques attendant de se produire. Lorsque la batterie est connectée à un circuit externe, les électrons se déplacent d’un côté à l’autre de la batterie à travers ce circuit, générant ainsi de l’électricité. Pour compenser ce changement, des particules chargées appelées ions se déplacent à travers le fluide, la pâte ou le matériau solide qui sépare les deux côtés de la batterie. Mais même lorsque la batterie n’est pas utilisée, les ions se diffusent progressivement à travers ce matériau appelé électrolyte. Au fur et à mesure que cela se produit au fil des semaines ou des mois, la batterie perd de l'énergie. Certaines batteries rechargeables peuvent perdre près d’un tiers de leur charge stockée en un seul mois.

"Dans notre batterie, nous avons vraiment essayé de mettre fin à cette condition d'autodécharge", explique Guosheng Li, chercheur au PNNL, qui a dirigé le projet. L'électrolyte est constitué d'une solution saline qui est solide à température ambiante mais devient liquide lorsqu'elle est chauffée à 180 degrés Celsius, soit environ la température à laquelle les biscuits sont cuits. Lorsque l’électrolyte est solide, les ions sont bloqués en place, empêchant ainsi l’autodécharge. Ce n'est que lorsque l'électrolyte se liquéfie que les ions peuvent traverser la batterie, lui permettant de se charger ou de se décharger.

Créer une batterie capable de résister à des cycles répétés de chauffage et de refroidissement n’est pas une mince affaire. Les fluctuations de température provoquent la dilatation et la contraction de la batterie, et les chercheurs ont dû identifier des matériaux résilients capables de tolérer ces changements. "Ce que nous avons vu auparavant, c'est de nombreuses recherches actives pour s'assurer que vous n'ayez pas à passer par ce cycle thermique", explique Vince Sprenkle, conseiller stratégique en stockage d'énergie au PNNL et co-auteur du nouvel article. "Nous disons : 'Nous voulons traverser cette épreuve, et nous voulons pouvoir survivre et utiliser cela comme un élément clé.'"

Le résultat est une batterie rechargeable fabriquée à partir de matériaux relativement peu coûteux, capable de stocker de l’énergie pendant de longues périodes. «C'est un excellent exemple de technologie prometteuse de stockage d'énergie de longue durée», déclare Aurora Edington, directrice politique de l'association de l'industrie électrique GridWise Alliance, qui n'a pas participé à cette recherche. « Je pense que nous devons soutenir ces efforts et voir jusqu’où nous pouvons les amener à la commercialisation. »

La technologie pourrait être particulièrement utile dans un endroit comme l’Alaska, où la lumière solaire estivale quasi constante coïncide avec des taux de consommation d’énergie relativement faibles. Une batterie capable de stocker de l’énergie pendant des mois pourrait permettre à une énergie solaire estivale abondante de répondre aux besoins électriques hivernaux. "Ce qui est si attrayant dans la batterie gel-dégel, c'est sa capacité de changement saisonnier", déclare Rob Roys, directeur de l'innovation chez Launch Alaska, une organisation à but non lucratif qui s'efforce d'accélérer le déploiement des technologies climatiques dans l'État. Roys espère piloter la batterie du PNNL dans une partie reculée de son État.