Le stockage d'énergie domestique fait peau neuve

Aug 02, 2023

Et c'est reparti : la Géorgie prépare une nouvelle batterie à flux pour le marché en plein essor du stockage de l'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 pour 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 ainsi qu'en coût.

La première université publique de Géorgie, le Georgia Institute of Technology, prépare une nouvelle batterie à flux compacte pour le marché brûlant du stockage d'énergie domestique. Photo gracieuseté de Georgia Tech.

Toutes choses étant égales par ailleurs, toute baisse 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 d'équilibre du système qui entrent dans le coût total d'installation 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 notait 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 attribué à la baisse du coût des batteries lithium-ion la poursuite de la baisse du coût installé des systèmes de stockage d'énergie domestique, malgré une légère augmentation de la balance des- coûts du système.

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

Les batteries Flow sont nouvelles sur la scène du stockage de l'énergie domestique, bien que la technologie existe depuis le 20e siècle. Les contours de base sont simples. Vous prenez deux réservoirs de fluides complémentaires et ouvrez les robinets. Les fluides interagissent et déploient leur chimie particulière pour générer une charge électrique, sous l'œil attentif d'un chaperon membranaire. 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 Flow peuvent être rechargées sans se dégrader comme le font les batteries conventionnelles. Elles 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 circulation, les fluides peuvent déployer des matériaux non toxiques, abondants en terre et ininflammables. Cela a attiré l'attention du département américain de la Défense, qui a fait appel à Lockheed Martin pour installer une batterie à flux à Fort Carson dans le Colorado.

Les acteurs des véhicules électriques ont également observé la technologie des batteries à flux pour améliorer à la fois la sécurité et les performances.

Peu de choses sont venues de l'idée de véhicule électrique à batterie à flux, en partie parce que la technologie est la mieux adaptée aux scénarios à grande échelle et à d'autres utilisations surdimensionnées - jusqu'à récemment, c'est-à-dire. Une dizaine d'années de travaux de R&D ont permis de réduire considérablement la taille des batteries à flux.

Les batteries Flow conçues pour un usage résidentiel sont déjà sur le marché. Le point d'achoppement est maintenant le prix. Le coût des batteries à flux et des batteries lithium-ion pour une utilisation dans toute la maison est actuellement comparable au coût de l'ajout d'un nouveau système CVC, sinon plus. Ce coût initial peut les mettre hors de portée de nombreux propriétaires, quelles que soient les économies 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 l'énergie solaire sur le toit. Ce n'est pas bon marché.

Pour sauver 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 d'un impressionnant 75 %, avec une réduction correspondante des coûts.

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

"… les batteries à flux commerciales 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 volumineux pour des performances élevées, ce qui se traduit par une faible densité de puissance volumétrique, une empreinte et un coût en capital élevés ", a expliqué l'équipe plus tôt ce 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 processus de séparation chimique sous le nom de membrane microtubulaire groupée sous-millimétrique (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 à faisceau submillimétrique avec une densité de puissance volumétrique ultra élevée", dans laquelle les auteurs expliquent qu'ils ont démontré leur nouvelle conception de cellule SBMT en utilisant la chimie de l'iodure de zinc.

"[O] ur cellule SBMT montre des densités de puissance de charge et de décharge maximales de 1 322 W/Lcell et 306,1 W/Lcell, respectivement, par rapport à des densités de puissance de charge et de décharge moyennes de <60 W/Lcell et 45 W/Lcell, respectivement, de cellules de batterie à flux planaire conventionnelles », a rapporté l'équipe, W/L se référant à la densité de puissance volumétrique de la cellule à flux.

L'équipe a également démontré que leur nouvelle cellule est compatible avec d'autres chimies de batterie à flux, notamment 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 fibres creuses en vue des tests sur le micro-réseau interne de 1,4 mégawatt de Georgia Tech, et 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 du bras 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 au profit de solutions qui procurent des avantages à la communauté.

Le projet Energyshed est entre de bonnes mains, car Georgia Tech arrive dans l'une des universités publiques les mieux notées du pays. En outre, le Département du développement économique de Géorgie a activement promu l'État en tant que plaque tournante de l'innovation en matière d'électrification.

Malgré les grognements anti-ESG de certains hauts responsables publics, la Géorgie continue de consacrer des ressources publiques considérables pour repousser les limites de la décarbonation, avec des implications à l'échelle nationale ainsi que des avantages économiques pour l'État d'origine. Une main sait-elle 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, avec l'aimable autorisation du Georgia Institute of Technology.

Tina est spécialisée dans la durabilité militaire et d'entreprise, les technologies de pointe, les matériaux émergents, les biocarburants et les problèmes d'eau et d'eaux usées. Les opinions exprimées sont les siennes. Suivez-la sur Twitter @TinaMCasey et Spoutible.

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