Adoucir l'affaire : la solution sucrée augmente la puissance de sortie et la durabilité des batteries à flux

Dans une étude révolutionnaire du Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), les chercheurs ont remarquablement amélioré la capacité et la longévité des batteries à flux – présentées comme des solutions prometteuses pour le stockage d’énergie durable à grande échelle. En ajoutant un sucre simple appelé β-cyclodextrine à l’électrolyte d’une batterie à flux, l’équipe a réussi à augmenter la puissance maximale de sortie d’un impressionnant 60 %. Notamment, la batterie a conservé presque toute sa capacité même après un an de cycles de charge et de décharge continus.

Les batteries Flow se distinguent des batteries classiques de voiture ou d’ordinateur portable car elles sont polyvalentes et parfaitement adaptées au stockage d’énergie évolutif et de longue durée. Alors que le monde s’oriente vers des sources d’énergie renouvelables, le stockage d’énergie à l’échelle du réseau fourni par les batteries à flux devient de plus en plus crucial. La technologie contribue à atténuer l’intermittence de l’approvisionnement en énergie renouvelable intrinsèque à l’énergie éolienne, solaire et hydroélectrique, créant ainsi des systèmes électriques plus fiables.

Le système de batterie à flux traditionnel comprend deux électrolytes liquides différents stockés séparément, qui circulent de chaque côté d'une membrane sélective d'ions pour créer un courant lorsque de l'énergie est nécessaire. L'un des avantages de ce système est la possibilité de « faire le plein » ou de le recharger en remplaçant les électrolytes épuisés par des électrolytes chargés.

Les chercheurs du PNNL, en collaboration avec des chercheurs de Yale, ont décidé de dissoudre le sucre simple β-cyclodextrine dans l'anolyte de la batterie (un type d'électrolyte). Initialement destiné à aider à dissoudre davantage de fluorénol (un type de composé organique) dans l’électrolyte à base d’eau, le sucre a apporté des avantages inattendus.

En tant que premier exemple d'un catalyseur accélérant la réaction électrochimique dans les batteries à flux lorsqu'il est dissous en solution (un processus appelé « catalyse homogène »), la β-cyclodextrine a fourni un élan unique. Il accepte les protons chargés positivement, créant ainsi un équilibre avec les électrons chargés négativement se déplaçant à travers la membrane cellulaire. Cet équilibre a accéléré le taux de réaction, augmentant le niveau de puissance de la batterie d'un énorme 60 %.

Après avoir optimisé la puissance de sortie, l’accent s’est ensuite porté sur la longévité. La phase de test de durabilité impliquait une charge et une décharge continues de la batterie pendant toute une année. Ils ont constaté après un an d'utilisation que la batterie présentait une perte de capacité négligeable, démontrant une longévité extraordinaire, qui est déjà généralement plus longue que celle des batteries au lithium.

Les chercheurs du PNNL ont déposé des demandes de brevet et explorent d’autres composés similaires pour potentiellement créer un système plus efficace. La solution offre l’espoir d’un stockage d’énergie plus durable en utilisant des composés abondants et facilement synthétisés, réduisant ainsi la dépendance à l’égard de matériaux limités et potentiellement toxiques.

Ce développement fait partie d'un programme plus large au sein du PNNL conçu pour résoudre les problèmes de stockage d'énergie à l'échelle du réseau et sera grandement renforcé par le lancement prochain du Grid Storage Launchpad du PNNL en 2024. Il s'agit notamment du premier exemple enregistré d'une batterie à flux montrant un tel durabilité dans des conditions de laboratoire, ouvrant la voie à la transformation de nos capacités de stockage d’énergie à l’échelle mondiale.

La recherche sur l'oxydation de l'alcool régulée par les protons pour un anolyte de batterie à flux cétonique de grande capacité a été publiée dans la revue Joule.