La nouvelle batterie Flow dure toute l’année avec du sucre simple

La nouvelle batterie à flux déploie la β-cyclodextrine de sucre simple pour une formule de stockage d'énergie abondante et durable de longue durée.

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Lorsque les chercheurs du laboratoire national du nord-ouest du Pacifique du ministère de l'Énergie ont décidé d'améliorer les batteries à flux, ils ne plaisantaient pas. Ils ont trouvé une solution à base de sucre qui peut durer toute l'année, et plus encore. Cette découverte pourrait conduire à de nouveaux systèmes de stockage d’énergie à faible coût et de longue durée, capables d’éliminer l’énergie fossile en captant l’énergie éolienne et solaire pendant des semaines, des mois, voire des saisons entières.

Les batteries Flow ne sont pas encore devenues courantes, mais elles font lentement leur apparition sur le marché.

Les batteries lithium-ion restent la référence en matière de systèmes de stockage d’énergie qui peuvent être rechargées encore et encore. La technologie lithium-ion convient parfaitement à toutes sortes d’appareils, des téléphones intelligents aux véhicules électriques. Le problème se pose à l’échelle du réseau, lorsque le stockage de l’énergie est nécessaire pour remédier aux problèmes de disponibilité de l’énergie éolienne ou solaire, ou des deux.

À cette échelle, les batteries lithium-ion ne peuvent durer que quelques heures. L’ajout de banques supplémentaires pour créer un effet en cascade pourrait aider à allonger le calendrier. Cependant, cela entraîne des coûts prohibitifs, y compris le coût de gestion d’un système aussi complexe.

Pour fournir un stockage d’énergie d’une journée complète à l’échelle du service public à mesure que davantage d’énergie éolienne et solaire entre dans le réseau, une batterie à flux convient parfaitement.

Les batteries à flux exploitent la capacité de liquides spécialisés à créer un courant électrique lorsqu’ils circulent les uns à côté des autres, séparés par une fine membrane. Les liquides sont stockés dans des réservoirs jusqu'à ce qu'ils soient nécessaires, ce qui signifie que la batterie à flux peut être allumée ou éteinte rapidement, selon les besoins. La mise à l’échelle n’ajoute pas sensiblement à la complexité d’un système de batterie à flux, car l’échelle dépend principalement de la taille des réservoirs.

Les conceptions actuelles de batteries à flux représentent un processus d'amélioration de 50 ans qui a commencé à prendre forme dans les années 1970. À l’époque, la corrosion, la taille, le poids, la toxicité et la faible densité énergétique figuraient parmi les problèmes à résoudre. Néanmoins, la science aime les défis.

La NASA était à l’avant-garde du mouvement. L’année dernière, l’agence a noté que sa « batterie liquide » vieille de plusieurs décennies – fabriquée uniquement avec du fer, du sel et de l’eau – avait reçu une nouvelle vie grâce à la startup de stockage d’énergie de longue durée ESS. Les sociétés d'ingénierie traditionnelles comme Cummins travaillent également au développement d'une nouvelle génération de batteries à flux (voir plus de couverture CleanTechnica ici).

La contribution du Pacific Northwest National Laboratory est la toute première utilisation de la β-cyclodextrine, un sucre simple dérivé de l'amidon, dans une formule de batterie à flux.

Les sucres simples sont composés d’une ou deux molécules seulement, contrairement aux glucides complexes comme l’amidon. Ils peuvent être synthétisés en laboratoire, offrant ainsi une alternative plus durable aux matériaux extraits pour d’autres formules de batteries.

La β-cyclodextrine n’est pas n’importe quel simple sucre. Il s’agit d’une molécule unique en forme de cône couramment utilisée dans l’industrie pharmaceutique pour fabriquer des médicaments, car elle peut abriter d’autres molécules à l’intérieur du cône jusqu’à ce que sa surface externe se dissolve. Cela offre encore un autre avantage, en termes de disponibilité d’une base de connaissances sur la chaîne d’approvisionnement.

Les chercheurs ont également découvert d’autres utilisations de la « cavité de liaison » de la β-cyclodextrine. Par exemple, une équipe de l’Université Northwestern déploie la β-cyclodextrine pour développer un procédé écologique d’extraction de l’or du minerai.

L’équipe du PNNL s’est concentrée sur la β-cyclodextrine car elle recherchait un moyen simple d’introduire davantage de fluorénol dans sa batterie à flux. Le fluorénol est un dérivé alcoolique du fluorène qui a commencé à émerger dans la nouvelle technologie des batteries à flux, y compris dans les recherches menées sous l'égide du PNNL.

Apparemment, l’idée derrière la nouvelle recherche était d’encapsuler le fluorénol dans des molécules de β-cyclodextrine, qui se dissoudraient lorsqu’elles seraient introduites dans une solution de batterie à flux. Cela s’est avéré n’être pas un moyen très efficace de fournir plus de fluorénol, mais cela a permis à une bonne quantité de β-cyclodextrine d’entrer dans la batterie à flux PNNL.