Pour soutenir la civilisation humaine à l'avenir, les sources d'énergie propre doivent être exploitées pour remplacer les combustibles fossiles qui polluent actuellement notre atmosphère. L'énergie solaire et éolienne peut fournir toute l'énergie nécessaire. Cependant, le stockage sera nécessaire lorsque le soleil ne brille pas et que le vent ne souffle pas.

Les batteries à flux organique sont potentiellement plus sûres, alternative moins chère aux batteries lithium-ion et aux batteries à flux de vanadium pour le stockage d'énergie renouvelable à grande échelle.

Maintenant, Des chercheurs de Harvard ont démontré une nouvelle molécule organique qui survit et surpasse ses prédécesseurs, offrant la batterie à flux organique haute performance la plus durable à ce jour. Surnommée la quinone de Mathusalem, d'après la figure biblique la plus ancienne, cette molécule pourrait utilement stocker et libérer de l'énergie des dizaines de milliers de fois sur des périodes de plusieurs années.

La recherche est publiée dans la revue Joule .

La recherche a été codirigée par Roy Gordon, le professeur de chimie Thomas Dudley Cabot et professeur de science des matériaux, et Michel Aziz, le professeur Gene et Tracy Sykes des technologies des matériaux et de l'énergie à la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS).

"Nous avons conçu et construit un nouveau composé organique qui peut stocker de l'énergie électrique et a également une très longue durée de vie avant qu'il ne se décompose, " a déclaré Gordon. "Nous avons découvert des processus de dégradation des molécules que nous utilisions auparavant dans les batteries à flux. Ensuite, nous avons créé de nouveaux, des molécules plus stables qui évitent ces problèmes."

« Dans des travaux antérieurs, nous avions démontré une chimie à longue durée de vie mais à faible tension, ce qui conduit à un faible stockage d'énergie par molécule, ce qui conduit à un coût élevé pour une quantité donnée d'énergie stockée, " dit Aziz. " Maintenant, nous avons la première chimie qui a à la fois une stabilité à long terme et arrive à plus d'un volt, qui est généralement considéré comme le seuil de déploiement commercial. Je pense que c'est la première batterie à flux à base organique qui répond à tous les critères techniques pour une mise en œuvre pratique. »

La nouvelle chimie s'appuie sur des recherches antérieures menées par Aziz et Gordon. La molécule de Mathusalem est une quinone modifiée, une abondante, molécule naturelle faisant partie intégrante des processus biologiques tels que la photosynthèse et la respiration cellulaire. Collaborant avec le professeur de chimie théorique Alán Aspuru-Guzik, leur équipe de recherche a caractérisé le processus de dégradation des molécules de quinone précédentes dans les batteries à flux et a apporté des modifications pour augmenter la durée de vie du calendrier.

Lors d'expériences dans leurs laboratoires, la molécule de Mathusalem avait un taux de décoloration inférieur à 0,01 % par jour et inférieur à 0,001 % par cycle de charge/décharge, ce qui extrapole à moins de 3 % de dégradation au cours d'une année, et un fonctionnement utile pendant des dizaines de milliers de cycles.

Mathusalem s'est également avéré très soluble, ce qui signifie qu'il peut stocker plus d'énergie dans un espace plus petit. Il fonctionne dans un électrolyte alcalin faible, réduire le coût de la batterie en permettant l'utilisation de matériaux de confinement peu coûteux et d'une membrane polymère peu coûteuse pour séparer les bornes positives et négatives.

Toutes ces avancées réduisent le coût du stockage et peuvent rendre les produits chimiques de stockage organiques rentables pour les décharges de longue durée.

« Cette recherche démontre le potentiel du bio, " a déclaré David Kwabi, stagiaire postdoctoral à SEAS et co-premier auteur de l'article. "Nous montrons que les molécules organiques sont viables, durable, alternative rentable aux coûteuses batteries au vanadium."

La recherche a été soutenue par le programme de stockage d'énergie du DOE Office of Electricity des États-Unis, par l'Agence des Projets de Recherche Avancée — Énergie, par Innovation Fund Danemark, par le Massachusetts Clean Energy Technology Center, et par la Harvard School of Engineering and Applied Sciences.

"Ce travail important représente une avancée significative vers le faible coût, batteries à débit longue durée, " a déclaré Imre Gyuk, Directeur du programme de stockage de l'Office of Electricity du DOE. "De tels dispositifs sont nécessaires pour permettre au réseau électrique d'absorber des quantités croissantes de production renouvelable verte mais variable."

Avec l'aide de l'Office of Technology Development (OTD) de Harvard, les chercheurs recherchent des partenaires commerciaux pour étendre la technologie à des applications industrielles. Harvard OTD a déposé un portefeuille de brevets en instance sur des innovations dans la technologie des batteries à flux.