Une double membrane offre l’espoir d’un stockage d’énergie à long terme

Selon des chercheurs de l’Imperial College de Londres, une nouvelle approche de la conception des batteries pourrait être la clé d’un stockage d’énergie à long terme et à faible coût.

Une équipe d’ingénieurs et de chimistes a mis au point une batterie à flux redox polysulfure-air (PSA RFB) qui n’a pas une couche, mais une. La conception des deux membranes surmonte les principaux problèmes associés à ce type de grande batterie, ouvrant ainsi la voie au stockage de l’énergie excédentaire provenant, par exemple, de sources renouvelables telles que l’éolien et le solaire. La recherche a été publiée dans Nature Communications.

Dans les batteries à flux redox, l’énergie est stockée dans des électrolytes liquides qui circulent à travers les cellules pendant la charge et la décharge, provoquant des modifications chimiques. La quantité d’énergie stockée est déterminée par le volume de l’électrolyte, ce qui rend la conception facile à mettre en œuvre. Cependant, l’électrolyte utilisé dans les anciennes cellules à flux redox – le vanadium – est cher et provient principalement de Chine ou de Russie.

L’équipe impériale, dirigée par les professeurs Nigel Brandon et Anthony Kucernak, a travaillé sur des alternatives qui utilisent des matériaux peu coûteux et largement disponibles. Leur méthode utilise un liquide comme électrolyte et un autre gaz – dans ce cas, du polysulfure (soufre dissous dans une solution alcaline) et de l’air. Cependant, les performances des batteries à air au polysulfure sont limitées car il n’y a pas de membrane qui puisse permettre aux réactions chimiques de se produire tout en empêchant le transfert du polysulfure vers une autre partie de la cellule.

Le Dr Mengzheng Ouyang, du Département impérial des sciences et de l’ingénierie de la Terre, explique : « Si le polysulfure traverse la membrane, il ne passera pas dans la cellule : Si le polysulfure passe du côté air, nous perdons de la matière d’une part. , ce qui réduit la réaction qui s’y produit et entrave le travail de la méthode d’autre part. Cela réduit les performances de la batterie – c’était donc un problème que nous devions résoudre. »

La solution développée par les chercheurs consistait à utiliser deux membranes pour séparer le polysulfure de l’air, avec une solution d’hydroxyde de sodium entre les deux. L’avantage de cette conception est que tous les matériaux, y compris les membranes, sont relativement peu coûteux et largement disponibles, et la conception offre un large choix de matériaux pouvant être utilisés.

Par rapport aux meilleurs résultats obtenus jusqu’à présent avec une batterie redox polysulfure-air, la nouvelle conception a fourni beaucoup plus de puissance, jusqu’à 5,8 milliwatts par centimètre carré.

Étant donné que le coût est un facteur clé pour le stockage à grande échelle et à long terme, l’équipe a également effectué une analyse des coûts. Il a calculé que le coût de l’énergie – le prix des équipements de stockage liés à l’énergie stockée – était d’environ 2,5 dollars par kilowattheure.

Le coût de l’énergie – le taux de charge et de décharge atteint par rapport au prix des membranes et des catalyseurs dans la cellule – s’est avéré être d’environ 1600 $ par kilowatt. Ces coûts sont actuellement plus élevés que ce qui est possible pour le stockage d’énergie à grande échelle, mais l’équipe pense que d’autres améliorations peuvent être facilement réalisées.

Le professeur Nigel Brandon, qui est également doyen de la faculté de génie, a déclaré : « Notre approche à double membrane est très intéressante car elle ouvre de nombreuses nouvelles possibilités, à la fois pour cette batterie et pour le bang. Rendre cette méthode plus économique pour le stockage à grande échelle , une amélioration relativement mineure des performances serait nécessaire, qui pourrait être obtenue en modifiant le catalyseur pour augmenter son efficacité ou en améliorant la couche utilisée. »

Des travaux dans ce domaine sont déjà en cours au sein du groupe, grâce à l’expertise en catalyse du professeur Anthony Kucernak, du Département de chimie, et à la recherche en technologie membranaire dirigée par le Dr. Qilei Song, du Département de génie chimique.

La société dérivée RFC Power Ltd, conçue pour développer le stockage renouvelable à long terme sur la base des recherches du groupe, a l’intention de commercialiser le nouveau concept si des améliorations sont apportées.

Tim Von Werne, PDG de RFC Power Ltd, a déclaré : « Il existe un besoin urgent de nouvelles façons de stocker l’énergie renouvelable pendant des jours, des semaines et même des mois à un coût raisonnable. Cette recherche montre comment cela est possible avec des performances améliorées et des matériaux moins chers.

Cette recherche a été financée par le UK Research and Innovation Engineering and Physical Sciences Research Council et le Conseil européen de la recherche.

TR