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Une percée dans le développement des batteries redox fait d’une pierre deux coups

by Reina Escarcega

L’un des plus grands défis d’une société durable est le stockage de l’énergie. Peut-être qu’un jour nous aurons suffisamment de capacité à partir de l’énergie solaire et éolienne. Les énergies renouvelables peuvent cependant être injectées plus efficacement dans le réseau si elles peuvent être stockées sur une grande surface afin d’équilibrer en douceur les fluctuations de la production.

Cette semaine a annoncé le. au Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) propose une solution possible à la fois pour la production d’hydrogène propre et le stockage d’énergie à grande échelle. Il s’agit d’une modification de l’un des liquides contenus dans les réservoirs de la batterie dite à flux redox.

Hubert Girault

Nous avons discuté avec Hubert Girault, professeur d’électrochimie analytique et physique à l’EPFL et l’homme derrière le nouveau développement. Girault est également impliqué dans le H2Wallis, une entreprise technologique travaillant sur une infrastructure hydrogène pour la mobilité en Suisse.

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Qu’est-ce qu’une batterie à flux redox pour commencer ?

Les batteries à flux redox sont constituées de deux réservoirs séparés l’un de l’autre par une cellule électrochimique. Deux fluides électrolytiques hautement conducteurs – l’un sur le côté positif et l’autre sur le côté négatif – circulent à travers les réservoirs et autour de la cellule pour initier une réaction chimique qui échange des électrons. Les solutions de négolyte et de posolyte sont séparées l’une de l’autre par une membrane. Ces batteries stockent l’énergie sous forme électrochimique.

En quoi diffèrent-elles des batteries lithium-ion ordinaires ?

La batterie lithium-ion stocke également de l’énergie sous forme électrochimique, mais au sein de l’électrode de sa propre structure. L’un des inconvénients des batteries lithium-ion est que ces types sont sujets à une dégradation chimique et donc leur capacité diminue avec le temps. Les batteries Redox Flow ont une durée de vie beaucoup plus longue et sont très flexibles. Plus les réservoirs sont grands, plus la capacité est grande. De telles batteries ne sont bien entendu pas destinées à un usage domestique. Pour vous faire une idée, dans notre montage d’essai à Matigny le volume de chaque réservoir est supérieur à 10 mètres cubes.

En tout cas, la batterie redox n’est pas neuve. Quelle est la percée?

Les solutions de batteries à flux redox les plus courantes utilisent du vanadium. Il existe jusqu’à 30 entreprises dans le monde qui développent des batteries à flux de vanadium. Notre contribution est que nous avons changé une des solutions de la batterie au vanadium sans changer sa structure. Le négolyte contient du sel de vanadium dans l’acide sulfurique. Mais dans le Posolyt nous avons un mélange de sels de manganèse et de vanadium dans l’acide sulfurique.

Quel est l’avantage?

Un avantage est que le manganèse est le douzième élément le plus abondant dans la croûte terrestre et pose moins de problèmes en matière d’exploitation minière que le lithium, par exemple. En utilisant du manganèse dans le Posolyt, le prix de la batterie devrait être réduit par rapport à une batterie complète au vanadium.

Les batteries redox conventionnelles ne peuvent plus stocker d’énergie lorsqu’elles sont complètement chargées. Dans notre système, cependant, une fois que la batterie est complètement chargée, elle peut fournir du liquide à des réacteurs externes. Ceux-ci génèrent à leur tour de l’hydrogène, qui peut être stocké et utilisé ultérieurement, libérant ainsi de l’espace de stockage dans la batterie.

L’hydrogène est-il l’avenir de la mobilité ?

Peut-être pas pour le transport privé en Europe. Les chauffeurs parcourent généralement des distances trop courtes pour cela. L’hydrogène est utile pour le transport longue distance et le transport de marchandises. Avec la solution actuelle de production d’hydrogène, vous n’avez pas à stocker de grandes quantités d’hydrogène à la station-service.

Au-delà de la mobilité, l’hydrogène a un avenir avant tout en tant que vecteur énergétique. L’électricité est difficile à transporter sur de très longues distances. Si la distance à parcourir est supérieure à quelques centaines de kilomètres, la perte devient un problème. L’hydrogène, quant à lui, est un bon vecteur pour les longues distances, qu’il soit transporté par pipelines ou sous forme d’hydrogène liquide.

Y a-t-il des inconvénients avec la batterie à flux de manganèse-vanadium ?

La batterie a un prix de revient relativement élevé et la densité énergétique est faible. La production de batteries doit être industrialisée au maximum afin de réduire les coûts.

Que se passe-t-il après cette preuve de concept ?

Nous devons maintenant développer et fabriquer des solutions industrielles, à savoir des stations-service pour la recharge de véhicules électriques et à pile à combustible. Ces stations-service coûtent chacune quelques millions d’euros. Pour installer 1000 de ces stations, vous parlez d’un investissement de plusieurs milliards d’euros.

Votre invention est-elle unique ?

On ne peut pas vraiment appeler ça une invention. C’est plutôt le résultat d’un développement après des années de recherche. Il existe de nombreuses façons de construire une batterie, mais très peu de façons de produire de l’hydrogène. Actuellement, notre projet est le premier système capable de stocker de l’électricité et de produire de l’hydrogène à la demande au même endroit.

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