Le stockage d'énergie domestique fait peau neuve

Les voilà repartis: la Géorgie prépare une nouvelle batterie à flux pour le marché du stockage d’énergie domestique.

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Le coût du stockage de l’énergie domestique continue de baisser, les batteries lithium-ion dominant le marché. Si la tendance se poursuit, il ne faudra pas longtemps avant que les batteries de toute la maison soient aussi courantes que les réfrigérateurs et autres appareils indispensables. Cela pourrait également inclure une nouvelle technologie de batterie à flux. Autrefois limitées à des utilisations à grande échelle, les batteries à flux diminuent en taille et en coût.

La première université publique de Géorgie, le Georgia Institute of Technology, prépare une nouvelle batterie à flux compact pour le marché du stockage d’énergie domestique en pleine effervescence. Photo gracieuseté de Georgia Tech.

Toutes choses étant égales par ailleurs, toute réduction du prix des batteries se répercutera sur le coût d’un système de stockage d’énergie domestique. Ce « tout le reste » fait référence à la main-d’œuvre et à d’autres éléments de l’équilibre du système qui entrent dans le coût total et installé d’une batterie pour toute la maison.

Les acteurs du lithium-ion ont certainement fait leur part pour réduire les coûts. En janvier dernier, Bloomberg a noté que le coût des batteries lithium-ion avait chuté de 80% par kilowattheure de 2013 à 2021.

Le National Renewable Energy Laboratory (NREL) du département américain de l’Énergie a étudié le paysage en 2021 et a crédité la baisse du coût des batteries lithium-ion de continuer à faire baisser le coût installé des systèmes de stockage d’énergie domestiques, malgré une légère hausse des coûts de l’équilibre du système.

Le NREL note que la prévision des tendances futures des coûts est un exercice difficile. Cependant, l’année dernière, le NREL a publié les chiffres et a proposé une poursuite de la spirale descendante du stockage d’énergie domestique lithium-ion, même dans un scénario conservateur.

Les batteries à flux sont nouvelles sur la scène du stockage d’énergie domestique, bien que la technologie existe depuis le 20ème siècle. Les grandes lignes sont simples. Vous prenez deux réservoirs de fluides complémentaires et ouvrez les robinets. Les fluides interagissent et déploient leur chimie spéciale pour générer une charge électrique, sous l’œil vigilant d’un chaperon à membrane. Les chercheurs ont également travaillé sur des batteries à flux sans membrane, mais c’est quelque part dans le futur (notre couverture complète est ici).

Par rapport aux batteries lithium-ion conventionnelles, les batteries à flux présentent plusieurs avantages clés. « Les batteries à flux peuvent être rechargées sans se dégrader comme le font les batteries conventionnelles. Ils peuvent également fournir un stockage d’énergie sur de longues périodes, car les deux liquides peuvent être stockés indéfiniment dans leurs propres réservoirs jusqu’à ce que quelqu’un ait besoin d’électricité », a noté CleanTechnica en 2020.

Le facteur de sécurité entre également en jeu. Selon la chimie particulière de la batterie à flux, les fluides peuvent déployer des matériaux non toxiques, abondants en terre et ininflammables. Cela a attiré l’attention du ministère américain de la Défense, qui a fait appel à Lockheed Martin pour installer une batterie à flux à Fort Carson dans le Colorado.

Les intervenants des véhicules électriques ont également envisagé la technologie des batteries à flux pour améliorer la sécurité et les performances.

L’idée du véhicule électrique à batterie à flux n’a pas donné grand-chose, en partie parce que la technologie est la mieux adaptée aux scénarios à l’échelle des services publics et à d’autres utilisations surdimensionnées – jusqu’à récemment, c’est-à-dire. Une dizaine d’années de travaux de R&D a considérablement réduit la taille des batteries à flux.

Des batteries à flux adaptées à un usage résidentiel sont déjà sur le marché. Le point d’achoppement est maintenant l’étiquette de prix. Le coût des batteries à flux et des batteries lithium-ion pour une utilisation dans toute la maison est actuellement égal au coût de l’ajout d’un nouveau système CVC, sinon plus. Ce coût initial peut les mettre hors de portée de nombreux propriétaires, indépendamment des économies réalisées sur les factures de services publics à long terme.

Le marché solaire en ligne Energy Sage fournit un outil de recherche de code postal facile à utiliser pour estimer le coût d’un système de stockage d’énergie pour toute la maison avec de l’énergie solaire sur le toit. Ce n’est pas bon marché.

En termes de sauvetage de la planète d’un changement climatique catastrophique, une forte baisse du coût du stockage de l’énergie domestique permettrait à davantage de propriétaires de soutenir l’accélération du développement éolien et solaire.

C’est là qu’intervient la nouvelle batterie à flux du Georgia Institute of Technology. Une équipe de recherche basée dans le laboratoire Georgia Tech du professeur adjoint Nian Liu a travaillé sur une nouvelle configuration qui réduit la taille d’une cellule de batterie à flux impressionnant de 75%, ainsi qu’une réduction correspondante des coûts.

L’équipe a atteint la barre des 75% en abandonnant la conception de cellules planaires volumineuses vieille de plusieurs décennies sur laquelle les générations précédentes d’ingénieurs en batteries à flux ont répondu.

"... Les batteries à flux commercial sont toujours basées sur des configurations de cellules développées il y a des décennies. La configuration planaire présente une grande taille de cellule avec des composants encombrants pour des performances élevées, ce qui se traduit par une faible densité de puissance volumétrique, un encombrement élevé et un coût en capital », a expliqué l’équipe plus tôt cette année, en rapportant les résultats de leurs travaux dans les Actes de l’Académie nationale des sciences.

Au lieu d’utiliser la configuration planaire, l’équipe de Georgia Tech s’est concentrée sur une nouvelle architecture qui implique des faisceaux de tubes à l’échelle nanométrique. La configuration du tube est couramment utilisée dans les procédés de séparation chimique sous le nom de membrane microtubulaire submillimétrique groupée (SBMT).

« Cette innovation a une conception peu encombrante qui peut atténuer la pression à travers les membranes traversées par les ions sans avoir besoin d’une infrastructure de support supplémentaire », explique le site Web de Georgia Tech.

Vous pouvez obtenir tous les détails de PNAS sous le titre, « Une cellule de batterie à flux microtubulaire submillimétrique groupée avec une densité de puissance volumétrique ultra-élevée », dans lequel les auteurs expliquent qu’ils ont démontré leur nouvelle conception de cellule SBMT en utilisant la chimie zinc-iodure.

« Votre cellule SBMT présente des densités de charge et de décharge maximales de 1 322 W / Lcell et 306,1 W / Lcell, respectivement, par rapport aux densités moyennes de puissance de charge et de décharge de <60 W / Lcell et 45 W / Lcell, respectivement, des cellules de batterie à flux planaire conventionnelles », a rapporté l’équipe, W / L faisant référence à la densité de puissance volumétrique de la cellule d’écoulement.

L’équipe a également démontré que leur nouvelle cellule est compatible avec d’autres chimies de batteries à flux, y compris le bromure de zinc, le bromure de quinone et le vanadium.

Les prochaines étapes comprennent le passage à un processus automatisé de fabrication du module à fibre creuse en vue de tests sur le microréseau interne de 1,4 mégawatt de Georgia Tech, puis de la commercialisation.

Si tout se passe comme prévu, la nouvelle batterie à flux et d’autres technologies de stockage d’énergie domestique seront sur le radar de la branche Energy, Policy, and Innovation Center du Strategic Energy Institute de Georgia Tech. EPICenter a été chargé de diriger une initiative financée par le ministère de l’Énergie pour développer le Georgia Energyshed, qui servira d’outil de planification pour les ressources énergétiques distribuées. Cela comprend le stockage de l’énergie ainsi que la production et la distribution.

L’idée est d’appliquer le modèle de bassin versant pour les ressources en eau et de développer une approche moderne de l’électrification qui évite les centrales électriques centralisées en faveur de solutions qui apportent des avantages à la communauté.

Le projet Energyshed est entre de bonnes mains, car Georgia Tech arrive à l’une des universités publiques les mieux cotées du pays. En outre, le Département du développement économique de Géorgie s’emploie activement à promouvoir l’État en tant que plaque tournante de l’innovation en matière d’électrification.

Malgré les grognements anti-ESG de certains hauts fonctionnaires, la Géorgie continue de consacrer des ressources publiques considérables à repousser les limites de la décarbonisation, avec des implications à l’échelle nationale ainsi que des avantages économiques pour l’État d’origine. Est-ce qu’une main sait ce que fait l’autre? Qui sait! Si vous avez des idées à ce sujet, envoyez-nous une note dans le fil de commentaires.

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Photo: Une nouvelle cellule de batterie à flux en cours de développement, gracieuseté du Georgia Institute of Technology.

Tina se spécialise dans la durabilité militaire et d’entreprise, la technologie de pointe, les matériaux émergents, les biocarburants et les questions relatives à l’eau et aux eaux usées. Les opinions exprimées sont les siennes. Suivez-la sur Twitter @TinaMCasey et Spoutible.

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