Des scientifiques ont créé une batterie conçue pour le réseau électrique qui bloque l’énergie pendant des mois sans perdre beaucoup de capacité de stockage.
Le développement de la « batterie gel-dégel », qui gèle son énergie pour une utilisation ultérieure, est un pas vers des batteries pouvant être utilisées pour le stockage saisonnier : économiser de l’énergie à une saison, comme le printemps, et la dépenser à une autre, comme automne.
Le prototype est petit, de la taille d’une rondelle de hockey. Mais l’utilité potentielle de la science derrière l’appareil est vaste, prédisant une époque où l’énergie provenant de sources intermittentes, comme le soleil et le vent, pourra être stockée pendant une longue période. Les travaux des scientifiques du Pacific Northwest Countrywide Laboratory du Section of Power ont été publiés en ligne le 23 mars dans Cell Experiences Actual physical Science.
“Les systems de stockage d’énergie de additionally longue durée sont importantes pour accroître la résilience du réseau lors de l’incorporation d’une grande quantité d’énergie renouvelable”, a déclaré Imre Gyuk, directeur du stockage d’énergie au Bureau de l’électricité du DOE, qui a financé les travaux. “Cette recherche marque une étape importante vers une resolution de stockage de batterie saisonnière qui surmonte les constraints d’autodécharge des technologies de batterie d’aujourd’hui.”
Exploiter et conditionner l’énergie de la mother nature
Les sources renouvelables vont et viennent avec les cycles de la nature. Il est donc difficile de les inclure dans un flux d’électricité fiable et régulier. Dans le nord-ouest du Pacifique au printemps, par exemple, les rivières chargées de barrages hydroélectriques alimentent le ruissellement au highest, tout comme les vents soufflent violemment dans la gorge du Columbia. Toute cette puissance doit être exploitée immédiatement ou stockée pendant quelques jours au most.
Les opérateurs de réseau aimeraient exploiter cette énergie printanière, la stocker dans de grandes batteries, puis la libérer tard dans l’année lorsque les vents de la région sont lents, les rivières sont basses et la demande d’électricité culmine.
Les batteries amélioreraient également la capacité des products and services publics à résister à une panne de courant lors de violentes tempêtes, rendant de grandes quantités d’énergie disponibles pour être injectées dans le réseau après un ouragan, un incendie de forêt ou une autre calamité.
“C’est un peu comme cultiver de la nourriture dans votre jardin au printemps, mettre le surplus dans un récipient dans votre congélateur, puis le décongeler pour le dîner en hiver”, a déclaré le leading auteur Minyuan “Miller” Li.
La batterie est d’abord chargée en la chauffant jusqu’à 180 degrés Celsius, permettant aux ions de circuler à travers l’électrolyte liquide pour créer de l’énergie chimique. Ensuite, la batterie est refroidie à température ambiante, bloquant essentiellement l’énergie de la batterie. L’électrolyte devient solide et les ions qui transportent l’énergie restent presque immobiles. Lorsque l’énergie est nécessaire, la batterie est réchauffée et l’énergie circule.
Le phénomène de gel-dégel est feasible car or truck l’électrolyte de la batterie est du sel fondu – un cousin moléculaire du sel de desk ordinaire. Le matériau est liquide à des températures furthermore élevées mais solide à température ambiante.
Le principle de gel-dégel évite un problème familier à tous ceux qui ont laissé leur voiture inutilisée trop longtemps : une batterie qui se décharge d’elle-même lorsqu’elle est inactive. Un taux de décharge rapide, comme celui des batteries de la plupart des voitures ou des ordinateurs portables, gênerait une batterie de réseau conçue pour stocker de l’énergie pendant des mois. Notamment, la batterie de gel-dégel du PNNL a conservé 92 % de sa capacité sur 12 semaines.
En d’autres termes, l’énergie ne se dégrade pas beaucoup il est conservé, tout comme la nourriture dans un congélateur.
Ingrédients ordinaires un plus
L’équipe a évité les matériaux rares, coûteux et hautement réactifs. Au lieu de cela, la batterie aluminium-nickel-sel fondu regorge de matériaux communs abondants sur Terre. L’anode et la cathode sont des plaques pleines d’aluminium et de nickel, respectivement. Ils sont immergés dans une mer d’électrolyte de sel fondu qui est solide à température ambiante mais coule sous forme liquide lorsqu’il est chauffé. L’équipe a ajouté du soufre – un autre élément courant et peu coûteux – à l’électrolyte pour améliorer la capacité énergétique de la batterie.
L’un des furthermore grands avantages de la batterie est la composition d’un composant, appelé séparateur, placé entre l’anode et la cathode. La plupart des batteries à sels fondus à haute température nécessitent un séparateur en céramique, qui peut être in addition coûteux à fabriquer et inclined de se casser pendant le cycle de congélation-décongélation. La batterie PNNL utilise de la fibre de verre very simple, doable grâce à la chimie stable de la batterie. Cela réduit les coûts et rend la batterie moreover robuste lors des cycles de gel-dégel.
“La réduction des coûts de la batterie est essentielle. C’est pourquoi nous avons choisi des matériaux courants et moins chers pour travailler, et pourquoi nous nous sommes concentrés sur la suppression du séparateur en céramique”, a déclaré l’auteur correspondant Guosheng Li, qui a dirigé l’étude.
L’énergie de la batterie est stockée à un coût des matériaux d’environ 23 $ par kilowattheure, mesuré avant une récente flambée du prix du nickel. L’équipe examine l’utilisation du fer, qui est moins cher, dans l’espoir de réduire le coût des matériaux à approximativement 6 pounds par kilowattheure, soit environ 15 fois moins que le coût des matériaux des batteries lithium-ion actuelles.
La densité d’énergie théorique de la batterie est de 260 wattheures par kilogramme, soit moreover que les batteries au plomb et à flux d’aujourd’hui.
Les chercheurs soulignent que les batteries conçues pour le stockage saisonnier ne se chargeraient et ne se déchargeraient probablement qu’une ou deux fois par an. Contrairement aux batteries conçues pour alimenter les voitures électriques, les ordinateurs portables ou d’autres appareils grand community, elles n’ont pas besoin de durer des centaines ou des milliers de cycles.
“Vous pouvez commencer à imaginer quelque chose comme une grosse batterie sur un semi-remorque de 40 pieds garé dans un parc éolien”, a déclaré le co-auteur Vince Sprenkle, conseiller stratégique principal au PNNL. “La batterie est chargée au printemps, puis le camion est conduit sur la route jusqu’à une sous-station où la batterie est disponible si nécessaire pendant la chaleur estivale.”
Battelle, qui exploite PNNL, a déposé un brevet sur la technologie.