Piles qui coulent: versez des électrons pour moi!
Des scientifiques de l'Institut Fraunhofer en Allemagne mènent de sérieux travaux de développement dans le domaine des batteries électriques, alternatives aux batteries classiques. Avec la technologie de flux redox, le processus de stockage de l'électricité est vraiment radicalement différent ...
Les batteries, chargées de liquide comme carburant, sont versées dans une voiture à moteur à essence ou diesel. Cela peut sembler utopique, mais pour Jens Noack de l'Institut Fraunhofer de Pfinztal, en Allemagne, c'est en fait la vie quotidienne. Depuis 2007, l'équipe de développement dans laquelle il est impliqué développe cette forme exotique de batterie rechargeable en plein essor. En fait, l'idée d'une batterie redox à écoulement continu ou dite à écoulement continu n'est pas difficile, et le premier brevet dans ce domaine remonte à 1949. Chacun des deux espaces de cellules, séparés par une membrane (similaire aux piles à combustible), est relié à un réservoir contenant un électrolyte spécifique. En raison de la tendance des substances à réagir chimiquement les unes avec les autres, les protons se déplacent d'un électrolyte à un autre à travers la membrane et les électrons sont dirigés à travers un consommateur de courant connecté aux deux parties, à la suite de quoi un courant électrique circule. Après un certain temps, deux réservoirs sont vidangés et remplis d'électrolyte frais, et celui usagé est «recyclé» dans les stations de charge.
Bien que tout cela ait l'air génial, il existe malheureusement encore de nombreux obstacles à l'utilisation pratique de ce type de batterie dans les voitures. La densité d'énergie d'une batterie redox à électrolyte de vanadium est de l'ordre de seulement 30 Wh par kilogramme, ce qui est à peu près la même que celle d'une batterie au plomb. Pour stocker la même quantité d'énergie qu'une batterie lithium-ion moderne de 16 kWh, au niveau actuel de la technologie redox, la batterie nécessitera 500 litres d'électrolyte. Plus tous les périphériques, bien sûr, dont le volume est également assez important - une cage nécessaire pour fournir une puissance d'un kilowatt, comme une boîte à bière.
De tels paramètres ne conviennent pas aux voitures, étant donné que la batterie lithium-ion stocke quatre fois plus d'énergie par kilogramme. Cependant, Jens Noack est optimiste, car les développements dans ce domaine ne font que commencer et les perspectives sont prometteuses. En laboratoire, les batteries dites au bromure de polysulfure de vanadium atteignent une densité énergétique de 70 Wh par kilogramme et sont de taille comparable aux batteries nickel-hydrure métallique actuellement utilisées dans la Toyota Prius.
Cela réduit de moitié le volume requis de réservoirs. Grâce à un système de charge relativement simple et peu coûteux (deux pompes pompent un nouvel électrolyte, deux aspirent l'électrolyte usagé), le système peut être chargé en dix minutes pour offrir une autonomie de 100 km. Même les systèmes de charge rapide comme celui utilisé dans le Tesla Roadster durent six fois plus longtemps.
Dans ce cas, il n'est pas surprenant que de nombreuses entreprises automobiles se soient tournées vers la recherche de l'Institut et que l'État du Bade-Wurtemberg ait alloué 1,5 million d'euros au développement. Cependant, il faudra encore du temps pour atteindre la phase de technologie automobile. « Ce type de batterie peut très bien fonctionner avec des systèmes électriques stationnaires, et nous fabriquons déjà des stations expérimentales pour la Bundeswehr. Cependant, dans le domaine des véhicules électriques, cette technologie pourra être mise en œuvre dans une dizaine d'années », a déclaré Noak.
Les matériaux exotiques ne sont pas nécessaires pour la production de batteries redox à flux continu. Aucun catalyseur coûteux tel que le platine utilisé dans les piles à combustible ou des polymères tels que les batteries lithium-ion n'est nécessaire. Le coût élevé des systèmes de laboratoire, atteignant 2000 XNUMX euros par kilowatt de puissance, est uniquement dû au fait qu'ils sont uniques et fabriqués à la main.
Pendant ce temps, les spécialistes de l'institut envisagent de construire leur propre parc éolien, où se déroulera le processus de charge, c'est-à-dire l'élimination de l'électrolyte. Avec le flux redox, ce processus est plus efficace que l'électrolyse de l'eau en hydrogène et en oxygène et leur utilisation dans des piles à combustible - les batteries instantanées fournissent 75 % de l'électricité utilisée pour la charge.
Nous pouvons envisager des bornes de recharge qui, avec la recharge conventionnelle des véhicules électriques, servent de tampons contre la charge de pointe du système électrique. Aujourd'hui, par exemple, de nombreuses éoliennes du nord de l'Allemagne doivent être éteintes malgré le vent, sinon elles surchargeraient le réseau.
En ce qui concerne la sécurité, il n'y a pas de danger. «Lorsque vous mélangez deux électrolytes, il y a un court-circuit chimique qui dégage de la chaleur et la température monte à 80 degrés, mais rien d'autre ne se produit. Bien sûr, certains liquides ne sont pas sûrs, tout comme l'essence et le diesel. Malgré le potentiel des batteries redox à flux continu, les chercheurs de l'Institut Fraunhofer travaillent également d'arrache-pied pour développer la technologie lithium-ion ...
texte: Alexander Bloch
Batterie Redox Flow
Une batterie à flux redox est en fait un croisement entre une batterie conventionnelle et une pile à combustible. L'électricité circule en raison de l'interaction entre deux électrolytes - l'un connecté au pôle positif de la cellule et l'autre au négatif. Dans ce cas, l'un donne des ions chargés positivement (oxydation), et l'autre les reçoit (réduction), d'où le nom de l'appareil. Lorsqu'un certain niveau de saturation est atteint, la réaction s'arrête et la charge consiste à remplacer les électrolytes par des neufs. Les travailleurs sont restaurés en utilisant le processus inverse.
