Une avancée en matière de "batterie liquide
"Nous développons une nouvelle stratégie pour la conversion sélective et le stockage à long terme de l'énergie électrique dans les carburants liquides
Alors que la Californie se tourne rapidement vers les combustibles renouvelables, elle a besoin de nouvelles technologies capables de stocker l'énergie pour le réseau électrique. L'énergie solaire baisse la nuit et diminue en hiver. L'énergie éolienne fluctue. Par conséquent, l'État dépend fortement du gaz naturel pour compenser les hauts et les bas de l'énergie renouvelable.
"Le réseau électrique utilise l'énergie au même rythme que vous la produisez, et si vous ne l'utilisez pas à ce moment-là, et que vous ne pouvez pas la stocker, vous devez la jeter", a déclaré Robert Waymouth, professeur de chimie Robert Eckles Swain à l'École des sciences humaines.
M. Waymouth dirige une équipe de Stanford chargée d'explorer une technologie émergente pour le stockage des énergies renouvelables : les transporteurs organiques liquides d'hydrogène (LOHC). L'hydrogène est déjà utilisé comme carburant ou comme moyen de produire de l'électricité, mais il est difficile de le contenir et de le transporter.
"Nous développons une nouvelle stratégie pour la conversion sélective et le stockage à long terme de l'énergie électrique dans les combustibles liquides", explique M. Waymouth, auteur principal d'une étude décrivant ces travaux dans le Journal of the American Chemical Society (Journal de la Société américaine de chimie). "Nous avons également découvert un nouveau système catalytique sélectif pour stocker l'énergie électrique dans un carburant liquide sans générer d'hydrogène gazeux.
Batteries liquides
Les batteries utilisées pour stocker l'électricité pour le réseau, ainsi que les batteries des smartphones et des véhicules électriques, utilisent les technologies lithium-ion. Compte tenu de l'ampleur du stockage de l'énergie, les chercheurs continuent à rechercher des systèmes pouvant compléter ces technologies.
Parmi les candidats figurent les LOHC, qui peuvent stocker et libérer de l'hydrogène à l'aide de catalyseurs et à des températures élevées. Un jour, les LOHC pourraient largement fonctionner comme des "batteries liquides", stockant l'énergie et la restituant efficacement sous forme de carburant utilisable ou d'électricité en cas de besoin.
L'équipe de Waymouth étudie l'isopropanol et l'acétone en tant qu'ingrédients des systèmes de stockage et de libération de l'hydrogène. L'isopropanol - ou alcool à friction - est une forme liquide à haute densité d'hydrogène qui pourrait être stockée ou transportée par l'infrastructure existante jusqu'à ce qu'il soit temps de l'utiliser comme combustible dans une pile à combustible ou de libérer l'hydrogène pour l'utiliser sans émettre de dioxyde de carbone.
Pourtant, les méthodes de production d'isopropanol à partir d'électricité sont inefficaces. Deux protons de l'eau et deux électrons peuvent être convertis en hydrogène gazeux, puis un catalyseur peut produire de l'isopropanol à partir de cet hydrogène. "Mais on ne veut pas d'hydrogène dans ce processus", explique M. Waymouth. "Sa densité énergétique par unité de volume est faible. Nous devons trouver un moyen de produire de l'isopropanol directement à partir de protons et d'électrons sans produire d'hydrogène gazeux."
Daniel Marron, auteur principal de cette étude qui a récemment obtenu son doctorat en chimie à Stanford, a identifié la manière de résoudre ce problème. Il a mis au point un système catalytique permettant de combiner deux protons et deux électrons avec de l'acétone pour générer sélectivement de l'isopropanol LOHC, sans produire d'hydrogène gazeux. Il a utilisé l'iridium comme catalyseur.
Le cobaltocène s'est avéré être l'additif magique, ce qui a constitué une surprise majeure. Le cobaltocène, un composé chimique du cobalt, un métal non précieux, est utilisé depuis longtemps comme agent réducteur simple et relativement peu coûteux. Les chercheurs ont découvert que le cobaltocène est exceptionnellement efficace lorsqu'il est utilisé comme co-catalyseur dans cette réaction, car il fournit directement des protons et des électrons au catalyseur à l'iridium plutôt que de libérer de l'hydrogène gazeux, comme on s'y attendait auparavant.
Un avenir fondamental
Le cobalt étant déjà un matériau courant dans les batteries et très demandé, l'équipe de Stanford espère que sa nouvelle compréhension des propriétés du cobaltocène pourra aider les scientifiques à mettre au point d'autres catalyseurs pour ce processus. Par exemple, les chercheurs étudient des catalyseurs à base de métaux non précieux plus abondants, comme le fer, afin de rendre les futurs systèmes LOHC plus abordables et plus évolutifs.
"Il s'agit d'une science fondamentale de base, mais nous pensons disposer d'une nouvelle stratégie pour stocker plus sélectivement l'énergie électrique dans les carburants liquides", a déclaré M. Waymouth.
Au fur et à mesure de l'évolution de ces travaux, on espère que les systèmes LOHC pourront améliorer le stockage de l'énergie pour les secteurs de l'industrie et de l'énergie, ou pour des parcs solaires ou éoliens individuels.
Malgré tout le travail compliqué et difficile effectué en coulisses, le processus, tel que le résume M. Waymouth, est en fait très élégant : "Lorsque vous avez un excédent d'énergie et qu'il n'y a pas de demande sur le réseau, vous le stockez sous forme d'isopropanol. Lorsque vous avez besoin d'énergie, vous pouvez la restituer sous forme d'électricité".
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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