Une nouvelle technologie de batterie pourrait stimuler le stockage des énergies renouvelables
Des ingénieurs de Columbia mettent au point un nouveau "carburant" puissant pour les batteries : un électrolyte qui non seulement dure plus longtemps, mais qui est également moins cher à produire
Les sources d'énergie renouvelables telles que le vent et le soleil sont essentielles à la survie de notre planète, mais elles posent un problème de taille : elles ne produisent pas toujours de l'électricité quand on en a besoin. Pour en tirer le meilleur parti, nous avons besoin de moyens efficaces et abordables pour stocker l'énergie qu'elles produisent, afin de disposer d'électricité même lorsque le vent ne souffle pas ou que le soleil ne brille pas.
Les spécialistes des matériaux de Columbia Engineering se sont concentrés sur le développement de nouveaux types de batteries afin de transformer la manière dont nous stockons l'énergie renouvelable. Dans une nouvelle étude publiée le 5 septembre par Nature Communications, l'équipe a utilisé des batteries K-Na/S qui combinent des éléments peu coûteux et faciles à trouver - le potassium (K) et le sodium (Na), ainsi que le soufre (S) - pour créer une solution peu coûteuse et à haute énergie pour le stockage de l'énergie sur une longue durée.
"Il est important que nous puissions prolonger la durée de fonctionnement de ces batteries et que nous puissions les fabriquer facilement et à moindre coût", a déclaré le chef de l'équipe, Yuan Yang, professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux au département de physique appliquée et de mathématiques de l'école d'ingénieurs de Columbia. "Rendre les énergies renouvelables plus fiables contribuera à stabiliser nos réseaux énergétiques, à réduire notre dépendance à l'égard des combustibles fossiles et à favoriser un avenir énergétique plus durable pour chacun d'entre nous".
Un nouvel électrolyte permet aux batteries K-Na/S de stocker et de libérer l'énergie plus efficacement
Les batteries K-Na/S posent deux problèmes majeurs : elles ont une faible capacité car la formation de K2S2 et de K2S solides inactifs bloque le processus de diffusion et leur fonctionnement nécessite des températures très élevées (>250 oC) qui requièrent une gestion thermique complexe, ce qui augmente le coût du processus. Les études précédentes se sont heurtées à des précipités solides et à une faible capacité, et l'on a cherché une nouvelle technique pour améliorer ces types de batteries.
Le groupe de Yang a mis au point un nouvel électrolyte, un solvant composé d'acétamide et d'ε-caprolactame, pour aider la batterie à stocker et à libérer de l'énergie. Cet électrolyte peut dissoudre le K2S2 et le K2S, améliorant ainsi la densité énergétique et la densité de puissance des batteries K/S à température intermédiaire. En outre, il permet à la batterie de fonctionner à une température beaucoup plus basse (environ 75°C) que les conceptions précédentes, tout en atteignant presque la capacité maximale de stockage d'énergie possible.
"Notre approche permet d'obtenir des capacités de décharge presque théoriques et une durée de vie prolongée. C'est très intéressant dans le domaine des batteries K/S à température intermédiaire", a déclaré le premier auteur de l'étude, Zhenghao Yang, étudiant en doctorat avec M. Yang.
La voie vers un avenir énergétique durable
Le groupe de Yang est affilié au Columbia Electrochemical Energy Center (CEEC), qui adopte une approche multi-échelle pour découvrir des technologies révolutionnaires et accélérer leur commercialisation. Le CEEC réunit des professeurs et des chercheurs de l'ensemble de la School of Engineering and Applied Science qui étudient l'énergie électrochimique avec des intérêts allant des électrons aux dispositifs et aux systèmes. Ses partenariats avec l'industrie permettent de réaliser des percées dans le domaine du stockage et de la conversion de l'énergie électrochimique.
Planifier le passage à l'échelle
Bien que l'équipe se concentre actuellement sur les petites batteries de la taille d'une pièce de monnaie, son objectif est de faire évoluer cette technologie pour stocker de grandes quantités d'énergie. En cas de succès, ces nouvelles batteries pourraient fournir une alimentation électrique stable et fiable à partir de sources renouvelables, même pendant les périodes de faible ensoleillement ou de faible vent. L'équipe travaille actuellement à l'optimisation de la composition de l'électrolyte.
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.
Publication originale
Liying Tian, Zhenghao Yang, Shiyi Yuan, Tye Milazzo, Qian Cheng, Syed Rasool, Wenrui Lei, Wenbo Li, Yucheng Yang, Tianwei Jin, Shengyu Cong, Joseph Francis Wild, Yonghua Du, Tengfei Luo, Donghui Long, Yuan Yang; "Designing electrolytes with high solubility of sulfides/disulfides for high-energy-density and low-cost K-Na/S batteries"; Nature Communications, Volume 15, 2024-9-5
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