Des solutions pointent à l’horizon pour le stockage des énergies renouvelables

Une start-up française, Kemiwatt, a mis au point une batterie à flux prometteuse, qui pourrait bien faire progresser considérablement la question du stockage des énergies intermittentes. Après un prototype réalisé en 2016, l’entreprise française compte passer à l’étape de la commercialisation dès 2020.

Si la plupart des filières renouvelables sont sur le point d’atteindre leur maturité technologique, la question du stockage des énergies intermittentes (éolien, solaire, hydraulique) reste incontournable pour une transition énergétique réussie.

Pour ce faire, il faut pouvoir stocker l’énergie de manière à la fois rentable, durable et efficace.

Or les batteries à électrolytes circulants de nouvelle génération, ou batteries à flux, semblent prometteuses sur ces trois plans.

Qu’est-ce qu’une batterie à flux ?

Une batterie à flux est une batterie dont les électrolytes (substances conductrices) sont des solutions liquides contenues dans des réservoirs reliés à une cellule électrochimique.

Les électrolytes sont dits circulants car la membrane qui sépare les deux compartiments de la cellule électrochimique est semi-perméable, ce qui permet l’échange d’ions.

Des pompes font circuler les électrolytes à travers les électrodes qui occupent ces compartiments. Pendant la charge, grâce à la tension appliquée sur les électrodes, le premier électrolyte cède des électrons, tandis que le second en capte. Au cours de la décharge, l’inverse se produit et génère un courant électrique.

Mais l’électrolyte circulant le plus couramment utilisé aujourd’hui est produit à base de vanadium, un métal assez rare, dissous dans un milieu très acide. Le procédé pose des problèmes de sécurité, et le recyclage des électrolytes est coûteux.

La batterie au vanadium n’a pas réussi à s’imposer, en grande partie à cause de l’aspect corrosif du milieu chimique acide du vanadium, qui a tendance à attaquer les autres composants.

Où est la nouveauté ?

En 2014, des chercheurs de Harvard avaient découvert qu’en remplaçant le vanadium par des quinones (un composé du benzène), ils avaient réussi à s’affranchir de l’aspect acide de l’électrolyte. La quinone est un composé organique, biodégradable et non corrosif.

Avec les quinones, on est en présence d’une batterie non toxique mais aussi de très longue durée: elle perdrait 1% de sa capacité de stockage tous les 1000 cycles de charge/décharge, et elle offre une rapidité de charge et de décharge 1 000 fois supérieure au vanadium.

Là où est la nouveauté, c’est que l’équipe de Kemwatt est la première à présenter un prototype fonctionnel.

La start-up a mis au point un démonstrateur de 10 kW, qui lui a valu, en avril dernier, de remporter le Concours mondial de l’innovation du Ministère de l’Économie et des Finances, ce qui devrait lui permettre d’obtenir des fonds pour réaliser un nouveau prototype de 100 kW cette fois.

Elle vise ensuite une production en série dès l’année prochaine.

De nombreux avantages, peu d’inconvénients

Les principaux avantages de la batterie quinones-redox sont :

• capacité modulable à volonté, en fonction de la taille des réservoirs, et de leur degré de remplissage ;
• si les électrolytes sont mélangés par accident, la batterie ne souffre d’aucun dommage irréversible ;
• peut aussi être rechargée en remplaçant l’électrolyte si aucune source d’énergie n’est disponible pour la charger. Cette batterie permet ainsi un rechargement rapide par remplacement de l’électrolyte grâce à une pompe, ou un rechargement lent par branchement à une source d’énergie ;
• la technique nécessite peu d’entretien ;
• elle peut être installée facilement au pied des éoliennes, ou des panneaux photovoltaïques dont elle stockera l’énergie.

Son principal désavantage est le suivant :

• la batterie quinones-redox présente une énergie massique (ratio énergie/volume) très faible, entre 10 et 20 Wh/kg, et est complexe à mettre en œuvre : elle n’est réellement utilisable que pour du stockage à haute puissance et longue durée.

La batterie quinones-redox semble offrir une solution efficace pour le stockage de longue durée : elle confirme l’efficacité d’une technologie qui a fait ses preuves depuis quinze ans, en supprimant le principal défaut des premiers modèles au vanadium. Elle est moins complexe à mettre en place que tous les autres types de batteries. Les matériaux qu’elle nécessite sont aussi plus économiques et les plus durables : le système est facilement démontable et fait appel majoritairement à des composés biodégradables.

Elle ne concurrencera pas la batterie Lithium-Ion sur le stockage court, mais elle semble, à l’heure actuelle, la meilleure option technologique pour un stockage long à puissance élevée, qu’elle soit couplée à des parcs éoliens ou à des installations photovoltaïques de grande puissance.