Des solutions étranges de stockage d’énergie pourraient aider le réseau à devenir renouvelable

Aug 09, 2023

Nous connaissons tous les piles. Qu'il s'agisse de piles AA jetables dans la télécommande du téléviseur ou d'installations géantes remplies de piles rechargeables pour stocker l'énergie pour le réseau, elles font partie de notre vie quotidienne et sont bien comprises.

Cependant, de nouvelles technologies de stockage d'énergie se profilent à l'horizon à des fins de stockage sur réseau, et elles sont très différentes des batteries classiques auxquelles nous sommes habitués. Ces technologies sont essentielles pour tirer le meilleur parti des sources d'énergie renouvelables, comme l'énergie solaire et éolienne, qui ne sont pas disponibles en permanence. Jetons un coup d'œil à certaines de ces idées et à la façon dont elles changent radicalement ce que nous considérons comme une « batterie ».

Normalement, les batteries que nous utilisons sont constituées d’un boîtier en métal ou en plastique contenant de l’électrolyte, pris en sandwich entre les électrodes. Habituellement, l'électrolyte se présente sous forme de pâte ou de gel et, à toutes fins utiles, nous considérons les batteries comme un objet généralement solide, même si elles sont gluantes à l'intérieur.

Les batteries à flux de fer fonctionnent d’une manière totalement différente. Ils utilisent un électrolyte liquide qui est pompé dans une batterie selon les besoins pour produire de l'électricité. L'électrolyte est constitué d'ions de fer en solution, généralement sous forme de solutions aqueuses comme le chlorure de fer ou le sulfate de fer.

Les matériaux d'électrode typiques sont le carbone pour les côtés positif et négatif, la batterie étant constituée de deux demi-cellules avec un séparateur poreux entre les deux. Au fur et à mesure que la batterie est chargée, les ions fer (II) sont oxydés dans la demi-cellule positive, cédant ainsi des électrons pour devenir des ions fer (III). Dans la demi-cellule négative, les ions de fer (II) gagnent des électrons pour devenir du fer (0), le fer métallique étant plaqué sur l'électrode négative elle-même. Lorsque la batterie est déchargée dans une charge, ces réactions se déroulent à l'envers, le métal de l'électrode négative de la demi-cellule revenant à la solution.

Les batteries à flux de fer ont l’avantage d’être évolutives. Des réservoirs et des cellules plus grands peuvent facilement être construits, ce qui est idéal pour les applications de réseau où l'on souhaite stocker de nombreux mégawattheures d'énergie. Un autre avantage est la durée de vie d'une batterie à flux de fer, mesurée entre 10 000 et 20 000 cycles. C'est un ordre de grandeur meilleur que la plupart des cellules lithium-ion et donne aux batteries à flux de fer une durée de vie de l'ordre de 10 à 20 ans, voire plus.

Les produits chimiques impliqués sont également bon marché et facilement disponibles – le fer et ses sels étant faciles à trouver presque partout dans le monde. Il existe peu de besoins en métaux de terres rares sophistiqués qui sont essentiels à la production de cellules lithium-ion haut de gamme. De plus, les produits chimiques utilisés sont également sûrs : il n'y a vraiment rien dans une batterie à flux de fer qui puisse exploser ou prendre feu comme les autres technologies.

La batterie à flux de fer présente cependant certains inconvénients. La technologie n’a tout simplement pas la densité de puissance des batteries lithium-ion, il faut donc plus d’espace pour construire une batterie capable de fournir la même puissance. De plus, en raison de la réaction de placage sur l’électrode négative, la batterie à flux de fer ne évolue pas aussi bien que certaines autres conceptions théoriques. D'autres batteries à flux nécessitent seulement plus d'électrolyte pour continuer à produire de l'énergie, la taille des électrodes étant sans importance à cet égard. En outre, même si la technologie stocke l’énergie électrique directement au sens chimique, les batteries à flux de fer restent généralement moins efficaces que le stockage par pompage hydroélectrique, en supposant qu’un terrain approprié soit disponible. Des méthodes avancées de stockage hydroélectrique peuvent toutefois répondre à cette exigence.

Les entreprises développent aujourd’hui la technologie pour des applications concrètes. Les batteries à flux de la taille d'un conteneur d'expédition provenant d'entreprises comme ESS sont disponibles avec des capacités allant jusqu'à 500 kWh, avec des puissances suffisamment élevées pour alimenter des dizaines de maisons sur une période de 12 heures. L'empilage de plusieurs unités dans une seule installation permet d'adapter la capacité en fonction des besoins. Ils s'adressent au marché du stockage dit « longue durée », pour stocker de l'énergie de l'ordre de 4 à 24 heures. Cela les rend idéaux pour des cas d’utilisation tels que le stockage d’énergie pendant les pics solaires quotidiens pour une utilisation pendant les heures sombres de la nuit.