Premier centre mondial pour les batteries solaires
Stockage électrochimique direct de l'énergie solaire
Le premier centre mondial pour les batteries solaires et les technologies optoioniques est en train de s'établir en Bavière. L'université technique de Munich (TUM) et la société Max Planck (MPG) ont ouvert la voie avec le soutien du ministère bavarois de l'économie. Avec le centre SolBat, un écosystème de recherche unique sera créé pour étudier de nouveaux types de systèmes de stockage de l'énergie et développer des applications permettant d'utiliser l'énergie solaire de manière encore plus efficace et plus souple.
L'accent est mis sur les batteries solaires, qui sont encore largement inexplorées. Elles combinent des cellules solaires et des batteries en un seul composant et peuvent stocker chimiquement l'énergie de la lumière du soleil directement, sans passer par la conversion en électricité. Cette technologie peut être utilisée, par exemple, pour compenser les fluctuations quotidiennes et météorologiques de l'énergie solaire et, en même temps, augmenter l'efficacité énergétique grâce à un cycle ionique amélioré. L'optoionique - une science transversale entre l'optoélectronique et l'ionique à l'état solide, qui traite du contrôle des ions par la lumière - offre un énorme potentiel pour diverses technologies d'application solaire et optique.
Le nouveau centre SolBat sera dirigé par le professeur Jennifer L.M. Rupp, titulaire de la chaire d'électrochimie du solide à la TUM et membre de l'Institut Fritz Haber de la société Max Planck, le professeur Karsten Reuter, directeur de l'Institut Fritz Haber de la société Max Planck et professeur affilié distingué à la TUM, et le professeur Bettina V. Lotsch, directrice de l'Institut Max Planck pour la recherche sur l'état solide à Stuttgart et professeur honoraire aux universités de Munich (LMU) et de Stuttgart. Tous trois sont également membres du conseil d'administration du pôle d'excellence sur la conversion électronique, dont les résultats, le réseau d'experts et la recherche fondamentale interdisciplinaire constituent les principaux fondements du nouveau centre.
Jennifer Rupp souligne : "La fusion des technologies solaires et des batteries ouvrira une nouvelle dimension pour l'avenir de l'approvisionnement en énergie durable. Le concept de notre centre, unique au monde, repose sur l'intégration étroite de la recherche fondamentale et du développement technologique. Nous y voyons l'occasion de rendre les systèmes énergétiques nettement plus compacts et efficaces".
Le ministre bavarois de l'économie, Hubert Aiwanger, annonce que l'État libre de Bavière finance le centre SolBat à hauteur de huit millions d'euros : "Aujourd'hui, nous sommes confrontés à des défis sans précédent dans les domaines de l'énergie et de la durabilité. Pour développer de nouvelles solutions énergétiques, les matériaux modernes sont tout aussi importants que les nouveaux concepts de conversion et de stockage de l'énergie. Je suis convaincu que l'initiative SolBat contribuera fortement à trouver des solutions aux besoins massivement accrus en matière de stockage de l'énergie à l'avenir. En soutenant financièrement des mesures d'infrastructure sur le campus de la TUM à Garching, nous contribuons à positionner la Bavière à la pointe de l'innovation dans le domaine du stockage de l'énergie solaire.
L'optoionique : une nouvelle branche de la recherche au potentiel considérable
Le centre se concentre sur l'optoionique, une discipline pionnière qui combine l'ionique à l'état solide et la lumière. Bettina Lotsch explique : L'optoionique nous permet non seulement d'améliorer les processus contrôlés par la lumière dans les matériaux énergétiques, mais aussi de produire de nouveaux types de systèmes énergétiques à l'intersection entre les batteries et les systèmes photovoltaïques, qui agissent comme des "dispositifs de stockage de la lumière" directs. L'optoionique peut être un facteur clé pour accroître l'efficacité des batteries solaires et la fonctionnalité des futurs systèmes énergétiques". Les personnes impliquées espèrent également que les recherches du centre donneront un nouvel élan à la photocatalyse, à la technologie des capteurs et à l'intelligence artificielle (IA).
Karsten Reuter souligne l'importance de la modélisation théorique pour le développement des batteries solaires : "Grâce à des simulations précises, nous pouvons mieux comprendre les interactions complexes entre la lumière et les mouvements des ions dans les matériaux. Cette compréhension sera intégrée dès le départ dans les IA, qui prendront de plus en plus en charge la planification des expériences afin d'optimiser les matériaux et les processus de manière ciblée et de développer de nouvelles fonctionnalités." L'approche du SolBat Center, qui consiste à combiner la recherche expérimentale, théorique et basée sur l'IA et à prendre en compte l'ensemble de la chaîne de valeur jusqu'au développement de composants, crée une plateforme d'innovation unique pour la prochaine génération de systèmes de stockage d'énergie.
Comment fonctionne une batterie solaire
Dans une batterie solaire, la cellule solaire et la batterie ne sont pas séparées mais intégrées dans un seul composant. Cela permet de convertir directement la lumière du soleil en énergie électrochimique et de la stocker. Le processus commence lorsque les photons (particules de lumière) atteignent la couche absorbant la lumière et excitent les électrons. La principale innovation des batteries solaires réside dans le fait que la lumière n'excite pas seulement les électrons, mais influence également le mouvement des ions. Cela permet l'absorption simultanée de la lumière et le stockage de l'énergie électrochimique dans un seul composant. En outre, les ions, par exemple les ions lithium ou oxygène, peuvent se déplacer plus rapidement dans l'état solide en raison de la stimulation optique, ce qui peut accélérer les processus de (dé)charge de la batterie.
Lors de la décharge, le processus est inversé : l'énergie électrochimique stockée est libérée, les ions se déplacent à nouveau et un courant électrique est généré. L'utilisation simultanée de l'absorption de la lumière et du stockage de la charge peut réduire les pertes qui se produisent dans les systèmes conventionnels en raison des processus de génération et de stockage séparés. En outre, l'optoionique ouvre de nouvelles perspectives pour la production de systèmes de stockage de la lumière hautement intégrés qui peuvent être utilisés de manière flexible en dehors du réseau électrique.
Partenariat et soutien
Le centre SolBat est le résultat d'une coopération stratégique égale entre la TUM et la société Max Planck, financée par le gouvernement de l'État de Bavière. Le président de la TUM, le professeur Thomas F. Hofmann, souligne : "Le centre est unique dans sa structure. Il vise à positionner la Bavière et l'Allemagne au niveau international en tant que leaders de l'innovation dans le domaine du stockage de l'énergie solaire. Il bénéficie de l'exceptionnel paysage de la recherche énergétique sur le campus de Garching, comme le pôle d'excellence sur la conversion électronique financé par la DFG, l'Institut Walter Schottky de la TUM (Centre de nanotechnologie et de nanomatériaux) et la TUMint. Energy Research". Le SolBat Center effectue un travail de pionnier dans le domaine de la recherche énergétique et se considère comme un moteur d'innovation pour la transition énergétique 2.0.
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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