Le besoin d'énergies renouvelables fiables augmente rapidement, alors que les pays du monde entier, y compris la Suisse, intensifient leurs efforts pour lutter contre le changement climatique, trouver des alternatives aux combustibles fossiles et atteindre les objectifs de transition énergétique fixés par leurs gouvernements. Mais l'énergie renouvelable ne peut pas être intégrée efficacement dans les réseaux électriques tant qu'il n'y a pas moyen de la stocker à grande échelle.
« La plupart des formes d'énergie renouvelable dépendent des conditions météorologiques, ce qui entraîne de grandes fluctuations de la puissance qu'elles fournissent », explique Danick Reynard, un doctorant. étudiant au Laboratoire d'électrochimie physique et analytique (LEPA) de l'EPFL. « Mais les réseaux électriques ne sont pas conçus pour gérer ce genre de fluctuations. » L'hydrogène, parce qu'il peut fournir de l'énergie de manière constante quelles que soient les conditions météorologiques, attire maintenant de plus en plus l'attention.
Les scientifiques du LEPA travaillent depuis plusieurs années sur le double défi de la production d'hydrogène propre et du stockage d'énergie. Ils viennent de dévoiler un nouveau système qui combine une batterie à flux redox conventionnelle - actuellement l'une des méthodes les plus prometteuses pour le stockage d'énergie stationnaire à grande échelle - avec des réacteurs catalytiques qui produisent de l'hydrogène propre à partir du fluide qui traverse la batterie. Le système LEPA est tout aussi efficace que les systèmes conventionnels mais offre une plus grande flexibilité et une plus grande capacité de stockage d'énergie. Il produit également de l'hydrogène propre à moindre coût. La recherche des scientifiques apparaît dans Cell Reports Science physique.
Les batteries à flux redox sont les plus prometteuses pour le stockage d'énergie
Les batteries à flux redox se composent de deux réservoirs séparés par une cellule électrochimique. Deux fluides électrolytiques hautement conducteurs, l'un avec une charge positive, l'autre avec une charge négative, circulent à travers les réservoirs et traversent la cellule pour déclencher une réaction chimique au cours de laquelle des électrons sont échangés. Ces batteries stockent l'énergie sous forme électrochimique, tout comme les batteries lithium-ion utilisées dans les smartphones, mais avec une durée de vie beaucoup plus longue et des capacités de production et de stockage d'énergie flexibles, ce qui signifie qu'elles peuvent réagir rapidement aux fluctuations de l'offre et de la demande d'énergie.
Pour créer leur système, les scientifiques du LEPA ont pris une batterie à flux redox conventionnelle et l'ont améliorée en ajoutant deux réacteurs catalytiques. Ces réacteurs produisent de l'hydrogène à partir du fluide circulant dans les réservoirs. « L'hydrogène est fabriqué grâce à un processus catalytique qui utilise l'énergie de la batterie pour diviser les molécules d'eau en leurs deux composants, l'hydrogène et l'oxygène », explique Reynard. "Mais cet hydrogène ne peut être considéré comme propre que si l'énergie utilisée pour charger les batteries est renouvelable."
Hydrogène propre et pur avec une capacité de stockage améliorée et flexible
Les LEPA sans souci offre plusieurs avantages tant pour la production d’hydrogène que pour le stockage d’énergie. Avec les batteries à flux redox classiques, une fois complètement chargées, elles ne peuvent plus stocker d’énergie. « Cependant, dans notre système, une fois que la batterie est complètement chargée, elle peut évacuer du fluide dans les réacteurs externes. Ils génèrent à leur tour de l’hydrogène qui peut être stocké et utilisé plus tard, libérant ainsi de l’espace de stockage dans la batterie elle-même », explique Reynard.
L'hydrogène produit par le système LEPA est pur et n'a besoin que d'être séché et comprimé pour un stockage optimal. Ce système est également plus sûr que les systèmes conventionnels, car il génère l'oxygène et l'hydrogène séparément plutôt que simultanément, il y a donc moins de risque d'explosion.
L'avenir des bornes de recharge pour véhicules à hydrogène ?
La technologie de LEPA pourrait être particulièrement utile dans les applications de transport. Alors que de plus en plus de conducteurs adoptent les véhicules électriques, la demande d'électricité et d'hydrogène propre va monter en flèche. La recharge de ces véhicules exerce une pression sur les réseaux électriques et crée des pics de charge difficiles à prévoir pour les opérateurs de réseau. «Selon les données 2020 de l'Office fédéral de l'énergie, le secteur des transports représente environ 33% de la consommation d'énergie en Suisse», explique Reynard. "Nos batteries, en plus de produire de l'hydrogène, pourraient également servir de tampon pour lisser les pics de cette demande."
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