Liquide

Jul 15, 2023

Le coût est une variable cruciale pour toute batterie qui pourrait constituer une option viable pour le stockage d’énergie renouvelable sur le réseau. Une analyse réalisée par des chercheurs du MIT a montré que le stockage d'énergie ne coûterait que 20 dollars américains par kilowattheure pour que le réseau soit entièrement alimenté par l'énergie éolienne et solaire. Un système de batterie lithium-ion de stockage sur réseau de 100 mégawatts entièrement installé et d'une durée de 10 heures coûte désormais environ 405 $/kWh, selon un rapport du Pacific Northwest National Laboratory. Cependant, une batterie à métal liquide dont le déploiement dans le monde réel est prévu en 2024 pourrait réduire considérablement les coûts de stockage de l’énergie.

Donald Sadoway, chimiste des matériaux et professeur émérite au MIT, a gardé l'abordabilité au premier plan de ses nombreuses inventions de batteries au fil des ans, y compris une récente batterie aluminium-soufre. Le faible coût a également motivé la batterie au métal liquide, contenant des électrodes de métal fondu et un électrolyte à sel fondu, qu'il a inventé puis entrepris de commercialiser en cofondant la startup Ambri en 2010.

La batterie du réseau d'Ambri coûte entre 180 $/kWh et 250 $/kWh selon la taille et la durée, indique la société. Mais son coût projeté est d'environ 21 $/kWh d'ici 2030, selon un article de Sadoway et ses collègues publié en octobre 2021 dans la revue Renewable and Sustainable Energy Reviews. Et la société de Marlborough, dans le Massachusetts, est désormais prête à réaliser sa première installation de services publics. Ambri et la société de services publics Xcel Energy commenceront l'installation d'un système de 300 kWh à Aurora, Colorado, début 2024 ; le système devrait être pleinement opérationnel d’ici la fin de cette année.

Le coût inférieur de la batterie à métal liquide découle de la simplicité des matériaux, de la chimie et de la conception du système par rapport au lithium-ion, ainsi que de sa durée de vie plus longue, explique Sadoway. « Le concept de batterie à métal liquide la rend unique pour le stockage stationnaire. Ce n'est pas inflammable, contrairement au lithium. Et il résiste à la décoloration de la capacité. Nous avons des données sur des milliers de cycles de charge, ce qui représente des années de fonctionnement. Cette chose devrait durer 20 ans et conserver 95 pour cent de sa capacité. Je vous inviterais à trouver quelqu’un qui possède une batterie lithium-ion opérationnelle vieille de 20 ans.

Les batteries conventionnelles sont généralement constituées de deux électrodes solides (du graphite et un oxyde métallique de lithium dans le cas des batteries lithium-ion) et d'un électrolyte liquide, ainsi que de séparateurs, de membranes et d'autres éléments coûteux. Pendant les cycles de charge et de décharge, à mesure que les ions de l'électrolyte entrent et sortent des électrodes, les matériaux solides se dilatent et se contractent. Des changements de volume répétés brisent les particules au fil du temps, entraînant une diminution de la capacité de la batterie.

La batterie à métal liquide d'Ambri se compose de trois couches de liquide empilées en fonction de la densité. La plus dense, une cathode d'antimoine fondu, se trouve en bas, l'anode en alliage de calcium léger est en haut et l'électrolyte de sel de chlorure de calcium de densité intermédiaire se trouve au milieu. "Pensez à l'huile de salade et au vinaigre", dit Sadoway, "sauf qu'ici, il y a trois couches, et elles se séparent parce qu'elles ne sont pas miscibles."

La conception en métal liquide nécessite moins de composants et la chimie repose sur l'alliage, il n'y a donc pas de dégradation des matériaux solides, explique Sadoway. Pendant la décharge, l'anode de calcium libère des ions calcium qui se déplacent à travers l'électrolyte jusqu'à la cathode, où ils forment un alliage calcium-antimoine. Le processus s'inverse pendant la charge. « Il n'y a ni membrane, ni séparateur », explique Sadoway. "Tous ces éléments de simplicité s'accordent avec la résilience."

Lorsque IEEE Spectrum a couvert Ambri pour la première fois il y a 10 ans, la société jouait avec le lithium ou le magnésium comme anode. Le passage au calcium visait à maintenir les coûts à un niveau bas, explique Sadoway.

L’un des inconvénients de la nouvelle chimie de la batterie est cependant le long chemin jusqu’au déploiement. « Lorsque nous avons commencé à commercialiser notre produit, il n'y avait personne sur qui compter », explique Sadoway. « Tous les progrès fantastiques réalisés dans la fabrication du lithium-ion sont pratiquement inapplicables dans ce cas. La chimie est différente, le facteur de forme est différent. Nous avons donc dû tout inventer, y compris les machines de fabrication.