Les sources d'énergie renouvelables peuvent fluctuer dans la quantité d'énergie qu'elles sont capables de fournir, c'est pourquoi les batteries sont utilisées pour stocker temporairement l'énergie. Le problème avec les batteries lithium-ion est leur courte durée de vie, tandis que les batteries à flux redox ont, à ce jour, été prohibitif. Maintenant, cependant, de nouveaux systèmes de flux redox innovants sont disponibles au même prix que les batteries lithium-ion, et durent deux fois plus longtemps. Volterion est une spin-off de l'Institut Fraunhofer pour l'environnement, Technologie de la sécurité et de l'énergie UMSCHT, et a réussi à réduire considérablement les coûts de fabrication impliqués.

Notre alimentation électrique dépend de plus en plus de sources d'énergie renouvelables. Cependant, leur production d'électricité fluctue considérablement, ce qui nécessite un support pour stocker cette énergie électrique jusqu'à ce qu'elle soit requise. Les systèmes de batterie puissants font également partie intégrante d'autres technologies modernes telles que les solutions d'électromobilité. La grille n'est pas équipée, par exemple, pour accueillir des bornes de recharge rapide fonctionnant à 350 kilowatts. Le réseau électrique ne couvre pas non plus tous les endroits où il serait judicieux d'installer de telles stations. Les batteries lithium-ion sont d'une utilité limitée dans de tels scénarios, notamment en raison de leurs insuffisances par rapport à la durabilité du cycle. Deux à trois ans de charge et de vidange de ces batteries deux ou trois fois par jour les rendraient inutilisables. Pas si redox des batteries à flux, qui offrent une durabilité de cycle supérieure. Ils sont également ininflammables, recyclable et facilement modifiable pour la capacité et la performance. Cela les rend particulièrement adaptés aux applications dans lesquelles les batteries sont soumises à des niveaux de stress élevés. Mais jusqu'à maintenant, malgré ces avantages, ils ont simplement été prohibitifs.

Les premières batteries redox flow abordables

Les chercheurs de Fraunhofer UMSICHT à Oberhausen ont pu réduire considérablement les coûts impliqués dans la fabrication de batteries à flux redox. Les nouvelles batteries innovantes sont fabriquées et commercialisées par Volterion, spin-off de Fraunhofer. Pour comprendre comment les chercheurs ont optimisé la batterie à flux redox, nous devons jeter un bref coup d'œil à la façon dont ces batteries sont fabriquées. Les batteries à flux redox sont constituées de piles, qui à leur tour se composent de cellules électrochimiques pour convertir l'énergie électrique en énergie chimique, et des réservoirs de fluide électrolytique pour stocker cette énergie chimique. Cette structure de pile est la principale raison pour laquelle les batteries à flux redox sont si chères.

Cependant, comme le Dr Thorsten Seipp, ancien chercheur chez Fraunhofer UMSIHT et aujourd'hui directeur général chez Volterion, explique : « Nous avons pu réduire le poids de la cellule à dix pour cent de la pile, ce qui réduit considérablement le coût. Tandis que, en piles conventionnelles, l'épaisseur de chaque cellule était souvent aussi élevée que huit à dix millimètres, nous avons réussi à réduire cela à deux ou trois millimètres. » Grâce à l'économie de matière, les nouvelles batteries à flux redox coûtent environ le même prix qu'une batterie lithium-ion, mais dure deux fois plus longtemps. Pour la première fois, ils sont abordables pour une utilisation dans un large éventail d'applications.

La clé est dans la matière

Le succès est dû avant tout aux améliorations apportées au matériau. Les empilements sont généralement constitués d'un composite graphite-polymère. Pendant le traitement, cependant, ces matériaux perdent leurs propriétés polymères. Les longues chaînes de polymère sont défaites, et le matériau perd à la fois sa souplesse et une partie de sa stabilité. Les connexions inter-cellules ne peuvent pas être soudées; à la place, les cellules doivent être assemblées à l'aide de bagues d'étanchéité filetées.

« Chez Fraunhofer UMSICHT, nous avons modifié le matériau et le processus de fabrication de manière à ce que le matériau conserve ses propriétés polymères. En conséquence, le matériau reste stable et flexible et peut être considérablement aminci, permettant de souder les empilements entre eux, et la suppression totale des bagues d'étanchéité à usure rapide, " explique Seipp. Cela rend la production des piles beaucoup plus rentable, et les piles elles-mêmes plus robustes, trop.

Applications des stations d'épuration aux examens IRM

One of the first applications of the new redox flow batteries is in a sewage treatment plant. The plant currently uses methane to generate power, and there are plans to make use of photovoltaic facilities as well. A 100-kilowatt battery would match the fluctuations in both energy generation and energy demand, and this will allow the sewage treatment plan to meet its entire energy requirements self-sufficiently. Redox flow batteries could also be extremely useful in hospitals as a power source for MRI scanners.

"Each MRI scanner has an output of 200 kilowatts, so if you have three or four running at the same time, the circuit is soon overloaded. Putting in a new power line is an expensive solution, costing 80, 000 euros a kilometer, making a redox flow battery a good alternative, " says Seipp. MRI scanners run for a few minutes at a time, during which period they consume huge amounts of power, before lying dormant until the next examination. That means that any battery powering the device is exposed to multiple charge cycles daily. "Our optimized batteries are as if made for this application—and indeed any application calling for short bursts of power in quantities that the grid cannot reliably provide, " finishes Seipp.

Actuellement, the researchers at Fraunhofer UMSICHT are working alongside colleagues from Volterion to make further cost savings in the production of the batteries. They are also looking to scale up the size of the applications. À l'heure actuelle, the batteries are designed to deliver between 100 and 300 kilowatts, but in the future this could be multiple megawatts.