Tout habitant des Grandes Plaines peut témoigner de l'échelle massive des parcs éoliens qui parsèment de plus en plus la campagne. Dans le Midwest et ailleurs, l'énergie éolienne représente une part de plus en plus importante de la production d'énergie américaine :au cours de la dernière décennie, 143 milliards de dollars ont été investis dans de nouveaux projets éoliens, selon l'American Wind Energy Association.

Cependant, le boom de l'énergie éolienne se heurte à un obstacle :comment stocker efficacement et à moindre coût l'énergie générée par les turbines lorsque le vent souffle, mais les besoins énergétiques sont faibles.

"Nous avons beaucoup de vent la nuit, plus qu'en journée, mais la demande d'électricité est plus faible la nuit, donc, ils le larguent ou ils bloquent les turbines - nous gaspillons de l'électricité, " dit Trung Van Nguyen, professeur de génie pétrolier et chimique à l'Université du Kansas. "Si nous pouvions stocker cet excédent la nuit et le vendre ou le livrer pendant la journée au pic de la demande, cela permettrait aux propriétaires de parcs éoliens de gagner plus d'argent et de tirer parti de leur investissement. À la fois, vous déployez plus d'énergie éolienne et réduisez la demande de combustibles fossiles."

Depuis 2010, Nguyen a dirigé des recherches pour développer une batterie avancée à flux d'hydrogène-brome, une conception de batterie avancée à l'échelle industrielle - elle aurait à peu près la taille d'un semi-camion - que les ingénieurs se sont efforcés de développer depuis les années 1960. Cela pourrait fonctionner aussi bien pour stocker l'électricité des fermes solaires, être déchargé pendant la nuit quand il n'y a pas de soleil.

Financé d'abord par la National Science Foundation et plus tard par l'Advanced Research Projects Agency-Energy, Nguyen a travaillé avec des chercheurs de l'Université de Californie à Santa Barbara, Université Vanderbilt, l'Université du Texas à Arlington et l'Université Case Western Reserve. Le long du chemin, Nguyen a supervisé des travaux révolutionnaires sur les composants clés de la conception des batteries hydrogène-brome.

Pour un, il y a l'électrode Nguyen développée à la KU. L'électrode d'une batterie est l'endroit où le courant électrique entre ou sort de la batterie lorsqu'elle est déchargée. Pour être au maximum efficace, une électrode a besoin de beaucoup de surface. L'équipe de Nguyen a développé une électrode de carbone de plus grande surface en faisant croître des nanotubes de carbone directement sur les fibres de carbone d'une électrode poreuse.

"Avant notre travail, les gens utilisaient des électrodes en papier-carbone et devaient empiler des électrodes ensemble pour générer une puissance élevée, " a-t-il dit. " Les électrodes devaient être beaucoup plus épaisses et plus chères parce qu'il fallait utiliser plusieurs couches - elles étaient plus volumineuses et plus résistantes. Nous avons eu une idée simple mais originale pour faire pousser de minuscules nanotubes de carbone directement sur les fibres de carbone à l'intérieur des électrodes, comme de minuscules cheveux, et nous avons multiplié la surface par 50 à 70. Nous avons résolu le besoin de surface élevée pour les électrodes de batterie hydrogène-brome."

Un problème clé restant avant qu'une batterie au bromure d'hydrogène puisse être commercialisée avec succès est le développement d'un catalyseur efficace pour accélérer les réactions du côté hydrogène de la batterie et fournir un rendement plus élevé tout en survivant à l'extrême corrosivité du système. Maintenant, avec le financement d'un sous-prix NSF par l'intermédiaire d'une société privée appelée Proton OnSite, Nguyen est sur le point de résoudre ce dernier obstacle.

"Je pense que nous sommes sur le point d'une véritable percée, " a-t-il dit. " Nous avons besoin d'un catalyseur durable, quelque chose qui a la même activité que le meilleur catalyseur là-bas, mais qui peut survivre à cet environnement. Notre matériau précédent n'avait pas une surface suffisante pour fournir une puissance de sortie suffisante. Mais j'ai pu continuer à travailler sur ce catalyseur au sulfure de rhodium. Je pense que nous avons trouvé un moyen d'augmenter la surface. Nous avons maintenant un meilleur moyen, et nous pouvons publier cela dans trois à six mois - nous avons quelques problèmes mineurs à résoudre, mais je pense que nous aurons un matériau approprié pour la réaction de l'hydrogène dans ce système."

Les nouveaux résultats pour développer une batterie à flux hydrogène-brome avancée à l'échelle industrielle seront présentés lors de la réunion de l'Electrochemical Society à Seattle en mai.

En effet, Nguyen, qui a fondé plusieurs startups au cours de sa carrière de chercheur, a noté que la nouvelle batterie hydrogène-brome pourrait bientôt être commercialisée, et pourrait facilement être mis à l'échelle aux échelles MW (puissance) MWh (énergie), se présentant sous forme de conteneur modulaire, environ 1MWh dans un conteneur pleine grandeur. Mais il a averti qu'il ne pouvait être utilisé qu'à distance, sites industriels — des endroits comme les parcs éoliens et solaires, où les énormes batteries seraient probablement enterrées sous terre.

"Ce système de stockage d'énergie, en raison de sa corrosivité, ne convient pas aux systèmes résidentiels ou commerciaux, " he said. "Bromine is like chlorine gas. Dig a hole, line it with cement or plastic, drop this battery down and cover it up—it should be in an enclosed or sealed system to prevent leakage or emission of bromine gas. This will be suitable only for large-scale remote energy storage like solar farms and wind farms."

The KU researcher said the rise of renewable energy would depend on technology breakthroughs that make the economics attractive to energy producers and investors, and he hoped his new battery design could play a part.

"The way we use fossil fuel for energy is very inefficient, wasteful and generates greenhouse gasses, " Nguyen said. "For fossil fuels, you make the initial investment, and also you pay for operation every day—pay for coal or for natural gas for rest of the life of the power plant. Once you make the initial investment in renewable, the electricity you make is free."