Les scientifiques du Laboratoire national d'Oak Ridge ont développé un composant crucial pour un nouveau type de système de batterie stationnaire à faible coût utilisant des matériaux communs et conçu pour le stockage d'électricité à l'échelle du réseau.

Grand, des systèmes de stockage d'électricité économiques peuvent profiter au réseau du pays de plusieurs manières :équilibrer les charges entre les périodes de pointe et les périodes creuses; fournir de l'énergie pendant les pannes; stocker l'électricité à partir de sources fluctuantes comme l'énergie éolienne et solaire ; et s'adapter à la charge extrêmement rapide des véhicules électriques.

Le réseau repose principalement sur des installations hydroélectriques pour le stockage de l'énergie, bien que les systèmes stationnaires utilisant des batteries lithium-ion se multiplient. Cependant, le lithium est cher et provient principalement de pays en dehors des États-Unis.

Certains services publics ont testé des systèmes de batteries à flux redox (RFB) qui sont un croisement entre une batterie conventionnelle et une pile à combustible. Les RFB sont bien adaptés aux applications de réseau car ils sont durables, longue vie, facilement évolutif, et avoir un temps de réponse rapide. Cependant, la plupart des RFB testés aujourd'hui reposent sur un système à base d'eau (aqueuse), ce qui réduit la quantité d'électricité pouvant être stockée, également appelée densité d'énergie.

Une batterie à flux non aqueux qui utilise du commun, des matériaux peu coûteux à la place de l'eau et capables de stocker de plus grandes quantités d'énergie dans un volume plus petit a été une priorité absolue pour les scientifiques des batteries. L'une des pierres d'achoppement a été le développement d'une membrane appropriée pour séparer les électrolytes positifs et négatifs dans la batterie tout en permettant le transfert des ions.

Les scientifiques de l'ORNL ont maintenant développé une membrane pour un composé à base de sodium, RFB non aqueux qui pourraient doubler ou tripler la densité d'énergie typiquement observée dans les RFB à base aqueuse. Les travaux sont financés par l'Office of Electricity du ministère de l'Énergie et son programme de stockage d'énergie, et par un financement dirigé par le laboratoire à l'ORNL.

La membrane est constituée d'un commun, polymère bon marché, oxyde de polyéthylène (PEO). Sa conductivité a été multipliée par 100 avec l'ajout d'un plastifiant :l'éther diméthylique de tétraéthylène glycol. Cependant, le mélange a également réduit la résistance mécanique de la membrane. Pour compenser cet effet, les scientifiques ont mélangé le PEO avec de la carboxyméthylcellulose, un autre matériau sûr souvent utilisé comme épaississant dans l'industrie alimentaire. La combinaison des trois substances donne une membrane très durable qui devrait bien fonctionner dans les batteries à haute énergie.

"Les systèmes redox non aqueux fonctionnent à haute tension, permettant une densité énergétique plus élevée. Mais la clé est d'atteindre une densité énergétique élevée sans aucune pénalité de coût, " dit Jagjit Nanda, chercheur principal du projet au sein de la division Science et technologie des matériaux de l'ORNL.

Rose Ruther, un collaborateur de la Division des sciences de l'énergie et des transports, a déclaré "il s'agit vraiment de la chimie du système et de comprendre comment tout cela est lié et pourquoi nous obtenons cette grande amélioration de la conductivité avec la membrane."

La recherche est détaillée dans un article de journal, "À bas prix, mécaniquement robuste, membranes conductrices sodium-ion pour batteries à flux redox non aqueux, " récemment publié dans Lettres énergétiques ACS .

« Il y a une énorme poussée pour trouver des solutions de stockage d'énergie pour le réseau. Les grands systèmes de stockage d'énergie peuvent être une proposition très coûteuse, " dit Ruther. " Le coût dépend de la taille, donc si nous pouvons augmenter la densité d'énergie, cela peut se traduire par de grosses économies."

"Le Saint Graal est un système qui n'utilise pas les rares, ressources coûteuses et a un potentiel de commercialisation plus élevé à moindre coût que les technologies de batteries actuelles, dit Nanda. "Le maillon le plus faible du système est la membrane, et nous avons fait des progrès pour résoudre ce problème avec ce nouveau, prototype à bas prix."

La prochaine étape du projet consiste à développer davantage la membrane pour la rendre plus sélective dans la prévention du croisement des contre-ions et pour améliorer sa flexibilité mécanique et sa robustesse.