Les scientifiques de l'USC ont développé une nouvelle batterie qui pourrait résoudre le problème de stockage d'électricité limitant l'utilisation généralisée des énergies renouvelables.

La technologie est une nouvelle version d'une conception connue qui stocke l'électricité dans des solutions, trie les électrons et libère de l'énergie quand c'est nécessaire. Les batteries à flux redox existent depuis un certain temps, mais les chercheurs de l'USC ont construit une meilleure version basée sur des matériaux peu coûteux et facilement disponibles.

"Nous avons démontré un bon marché, longue vie, batterie à flux sûre et écologique attrayante pour stocker l'énergie des systèmes solaires et éoliens à grande échelle, " a déclaré le professeur de chimie Sri Narayan, auteur principal de l'étude et codirecteur du Loker Hydrocarbon Research Institute de l'USC.

L'étude a été publiée aujourd'hui dans le Journal de la société électrochimique .

Le stockage de l'énergie est un gros obstacle pour l'énergie renouvelable, car la demande d'électricité ne coïncide pas toujours lorsque les éoliennes tournent ou que le soleil frappe les panneaux solaires. La recherche d'une solution de stockage viable fait face à de multiples défis, c'est le problème que les scientifiques de l'USC ont cherché à résoudre.

Ils se sont concentrés sur la batterie à flux redox car il s'agit d'une technologie éprouvée et qui a été déployée dans des applications limitées jusqu'à présent. Il utilise des fluides pour stocker l'énergie électrochimique, tri des électrons et recombinaison par réduction et oxydation, et en les libérant pour produire de l'électricité en cas de besoin.

L'innovation clé réalisée par les scientifiques de l'USC consiste à utiliser différents fluides :une solution de sulfate de fer et un type d'acide. Le sulfate de fer est un déchet de l'industrie minière; c'est copieux et pas cher. L'acide anthraquinone disulfonique (AQDS) est une matière organique, déjà utilisé dans certaines batteries redox flow pour sa stabilité, la solubilité et le potentiel de stockage d'énergie.

Alors que les deux composés sont bien connus individuellement, c'est la première fois qu'ils sont combinés pour prouver le potentiel de stockage d'énergie à grande échelle. Les tests effectués au laboratoire USC ont prouvé que la batterie présente de grands avantages par rapport à ses concurrents.

Par exemple, le sulfate de fer est bon marché et abondant - un centime achète environ 2,2 livres - tandis que la fabrication à grande échelle d'AQDS coûterait environ 1,60 $ la livre. A ces prix, les coûts matériels pour le type de batterie mis au point par les scientifiques de l'USC coûteraient 66 $ par kilowattheure; s'il est fabriqué à grande échelle, l'électricité coûterait moins de la moitié de l'énergie dérivée des batteries redox qui utilisent du vanadium, ce qui est plus cher et toxique.

Aussi, dans les tests à l'USC, les chercheurs ont découvert que la batterie fer-AQDS peut cycler, ou recharger, des centaines de fois pratiquement sans perte de puissance, contrairement aux technologies concurrentes. La durabilité des systèmes de stockage d'énergie est importante pour une utilisation à grande échelle.

« Les matériaux développés sont hautement durables, " dit Surya Prakash, co-auteur de l'étude et directeur du Loker Institute, qui collabore avec Narayan au développement de nouvelles quinones biologiques. « AQDS peut être fabriqué à partir de n'importe quelle matière première à base de carbone, y compris le dioxyde de carbone. Le fer est une terre abondante, élément non toxique."

La technologie présente également des avantages par rapport au stockage par batterie lithium-ion. La prolifération de l'électronique grand public et des véhicules électriques, alimenté par des batteries lithium-ion, crée une rareté pour l'élément, ce qui fait grimper les coûts. À son tour, ces économies en font d'autres, des options de stockage d'énergie moins chères plus attrayantes, dit l'étude. Aussi, les batteries lithium-ion durent moins longtemps, en raison de la recharge, comme la plupart des gens qui ont rechargé des téléphones portables et des ordinateurs portables le savent.

"... Le système de batterie à flux fer-AQDS présente une bonne perspective pour répondre simultanément aux exigences élevées de coût, durabilité et évolutivité pour le stockage d'énergie à grande échelle, " dit l'étude.

L'utilisation d'énergies renouvelables augmente, est encore limité en raison des limitations de stockage d'énergie. Le stockage de seulement 20 % de l'énergie solaire et éolienne actuelle nécessite une capacité de réserve de 700 gigawattheures. Un gigawattheure suffit pour environ 700, 000 foyers pendant une heure.

Narayan a déclaré:"À ce jour, il n'y a pas eu de viabilité économique, solution écologique de stockage d'énergie qui peut durer 25 ans. Les batteries lithium-ion n'ont pas la longue durée de vie et les batteries à base de vanadium sont coûteuses, matériaux relativement toxiques limitant l'utilisation à grande échelle. Notre système est la réponse à ce défi. Nous prévoyons ces batteries utilisées dans le résidentiel, bâtiments commerciaux et industriels pour capter les énergies renouvelables.