Une mini-batterie à flux accélère la recherche sur le stockage de l'énergie
Une minuscule batterie à flux offre des avantages considérables, réduisant le temps, le coût et les ressources nécessaires pour tester de nouveaux matériaux de batterie
Parfois, pour faire les choses en grand, il faut d'abord faire les choses en petit. C'est ce qu'ont fait les chercheurs du Pacific Northwest National Laboratory du ministère de l'énergie avec leur dernière innovation en matière de stockage de l'énergie.
Ruozhu Feng, chercheur au PNNL sur les batteries à flux, manipule un dispositif standard de batterie à flux à l'échelle du laboratoire.
Andrea Starr | Pacific Northwest National Laboratory
Dans le but d'accélérer la découverte de nouvelles technologies de stockage de l'énergie en réseau, l'équipe a conçu un système d'essai de batterie à écoulement compact et à haut rendement qui nécessite un ordre de grandeur de matériel de départ en moins tout en donnant des résultats équivalents aux systèmes d'essai standard à l'échelle du laboratoire. La nouvelle conception de la mini-pile à écoulement et la validation expérimentale sont décrites dans un article publié dans le Journal of The Electrochemical Society. La nouvelle conception de la mini-cellule à écoulement reproduit fidèlement la structure interne d'une cellule à écoulement traditionnelle, réduite d'un facteur 5. Malgré sa taille réduite, la mini-pile à écoulement présente des performances comparables à celles de son homologue plus grand.
Une mini-batterie à écoulement donne de grands résultats
"Ce rapport est une première étape qui montre que la réduction de notre système expérimental fonctionne", a déclaré Ruozhu Feng, spécialiste des matériaux et chercheur sur les batteries à flux, l'un des principaux auteurs de l'étude. "Notre objectif ultime est d'intégrer la puissance de l'IA et de la robotique dans ce processus afin d'automatiser et d'accélérer les essais de nouvelles conceptions de batteries à flux.
En réduisant la quantité de matériaux nécessaires et en accélérant le processus de validation, cette technologie pourrait contribuer à faire progresser les solutions en matière d'énergie renouvelable. Les chercheurs pensent également que cette approche miniaturisée facilitera l'expérimentation avec une gamme plus large de chimies expérimentales.
"Actuellement, nous devons préparer un grand nombre de matériaux lorsque nous identifions une nouvelle formule de batterie prometteuse, ce qui prend beaucoup de temps", a déclaré M. Feng. "Grâce à ce processus de mini-centrifugeuse, nous pouvons déterminer si un nouveau matériau proposé fonctionne avec une quantité minuscule - des milligrammes - disponible.
La conception de la mini-cellule d'écoulement est destinée aux laboratoires de recherche qui se concentrent sur le criblage et le développement rapides de nouveaux matériaux pour batteries. Dans son étude, l'équipe a montré que la nouvelle mini-cellule à écoulement est adaptée à la validation rapide de la stabilité des matériaux. Des essais rigoureux sur une large gamme de chimies et de concentrations de matériaux ont contribué à renforcer la confiance des chercheurs dans le nouveau système à échelle réduite. Toutefois, l'équipe note que ce système nécessite des matériaux de départ hautement purifiés, exempts d'impuretés susceptibles d'obstruer les canaux et les tubes étroits.
L'équipe de recherche a déposé une demande de brevet américain pour sa nouvelle conception de batterie. Pour en savoir plus sur les possibilités de collaboration ou de licence liées à cette nouvelle technologie, contactez notre équipe de commercialisation.
Un travail d'équipe
Selon Soowhan Kim, chercheur principal et concepteur de la mini-pile à écoulement, la clé de leur succès réside dans le fait que l'équipe possède plus d'une décennie d'expérience dans la conception de piles à écoulement, ainsi qu'une expérience en ingénierie, en usinage spécialisé et en chimie. Par exemple, Andrey Liyu, expert en instrumentation et en contrôle des systèmes du PNNL, a mis à profit son expérience en ingénierie mécanique et en microfluidique pour réduire l'échelle sans sacrifier la précision.
"Des petites cellules aux grandes piles, nous pouvons gérer toutes les échelles de conception et d'expérimentation des batteries à flux ", a déclaré Kim, chercheur principal au PNNL's Grid Storage Launchpad. "Lorsque nous ajoutons l'expertise informatique et l'expérience en chimie analytique, c'est ainsi que nous avons combiné nos efforts pour développer la mini-pile à flux. Nous espérons pouvoir la mettre à la disposition de tous les chercheurs qui souhaitent l'utiliser."
Qu'est-ce qu'une batterie à flux ?
Comme leur nom l'indique, les piles à flux se composent de deux chambres, chacune remplie d'un liquide différent. Les batteries se chargent par une réaction électrochimique et stockent l'énergie dans des liaisons chimiques. Lorsqu'elles sont connectées à un circuit externe, elles libèrent cette énergie, qui peut alimenter des appareils électriques. Les batteries de flux sont une technologie clé : elles stockent l'énergie provenant de sources d'énergie intermittentes telles que l'énergie éolienne et hydroélectrique, puis libèrent cette énergie à la demande pour des applications à l'échelle du réseau. Contrairement aux batteries traditionnelles, les batteries à flux utilisent des électrolytes liquides stockés dans des réservoirs externes, ce qui permet une mise à l'échelle flexible de la capacité énergétique.
Pourquoi faut-il de nouvelles conceptions de batteries d'écoulement ?
Pour rendre les systèmes de batteries à flux pratique pour une utilisation à grande échelle, les chercheurs sont à la recherche de nouvelles combinaisons de produits chimiques et de matériaux qui répondent aux limitations des systèmes existants. Parmi ces limites, citons le coût élevé des matériaux, la faible densité de puissance et la volonté de s'approvisionner en matériaux aux États-Unis.
Comment les nouvelles piles à écoulement sont-elles découvertes ?
Traditionnellement, la découverte de nouveaux matériaux pour les piles à écoulement a été un processus laborieux d'essais et d'erreurs, nécessitant souvent la synthèse de composés organiques à l'échelle du gramme, des essais approfondis et un investissement considérable en temps. Cette nouvelle conception de cellule miniaturisée, de la taille d'une carte à jouer, utilise l'équivalent de quelques grains de sable, ce qui réduit considérablement le temps et les ressources nécessaires à chaque test tout en fournissant des résultats fiables.
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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