Amélioration des matériaux pour augmenter la capacité de stockage d’une batterie au sel à usage domestique

Depuis plusieurs années, le stockage de l’énergie dans les batteries au sel est présenté comme un concept respectueux de l’environnement pouvant contribuer à accélérer la transition thermique. Cependant, le développement de produits n’a vraiment atteint son apogée que récemment, déclare Jelle Houben, Ph.D. candidat à TU/e. Il a étudié comment améliorer les matériaux afin d’augmenter la capacité de stockage d’énergie de la batterie et a récemment développé une batterie au sel, en collaboration avec la spin-off Cellcius, qui sera utilisée pour des tests en conditions réelles dans des résidences.

S’il ne tenait qu’à l’ingénieur en mécanique Jelle Houben, chaque foyer disposera dans un proche avenir d’un appareil de la taille d’un grand réfrigérateur rempli de pastilles de sel. L’énergie stockée dans cet appareil peut être utilisée pour chauffer nos maisons, et lorsque la batterie est vide, elle peut être rechargée à l’aide d’énergies renouvelables. Une solution respectueuse de l’environnement qui peut aider à créer un environnement bâti sans gaz naturel.

Depuis son projet de fin d’études, Houben travaille à trouver des moyens de rendre la batterie au sel applicable. Le nouveau système en boucle fermée qu’il a développé avec Pim Donkers il y a quelque temps, et sur lequel il a déposé un brevet, est actuellement développé par la spin-off TU/e ​​Cellcius. Dans le cadre de ses recherches de fin d’études, Houben s’est installé temporairement au département de physique appliquée pour améliorer la réaction chimique dans la batterie au sel. Il a soutenu sa thèse le jeudi 9 mars.

Houben utilise un diagramme schématique pour expliquer comment fonctionne exactement la batterie au sel. “L’approvisionnement en énergie renouvelable se présente par des pics et des creux. Si vous voulez avoir suffisamment d’énergie pendant les périodes où il n’y a pas beaucoup de vent ou de soleil, le stockage est essentiel. Notre batterie au sel est une forme de stockage d’énergie thermochimique, où deux composants distincts répondent l’un à l’autre. Dans ce cas, le sel et l’eau. Lorsque la vapeur d’eau est transportée vers le sel, le sel absorbe les molécules d’eau dans son réseau cristallin. Cette réponse d’hydratation crée de l’eau qui peut chauffer dans une chaudière. À l’inverse, la chaleur peut être stockée via la réaction inverse au cours de laquelle l’eau est libérée du sel.”

Dopants pour une meilleure batterie

Les collègues de Houben ont découvert plus tôt que pour rendre une batterie au sel plus stable et abordable, et pour améliorer sa capacité de stockage d’énergie sans perte, la meilleure option est d’ajouter du carbonate de calcium. Par la suite, Houben a testé plusieurs techniques en laboratoire afin d’améliorer les performances du sel, ce qui augmenterait la vitesse à laquelle la batterie est capable de se charger et de se décharger. C’est pourquoi sa thèse contient un important chapitre dans lequel il décrit ces différentes méthodes. “Je trouve très intéressant d’acquérir des connaissances dans plusieurs domaines ; je ne me concentre pas exclusivement sur les détails. En réalisant diverses expériences, en construisant et en modifiant diverses configurations de test, et en pensant de temps en temps hors des sentiers battus, nous avons fini par avec un système unique.”

Houben démontre qu’il est possible d’accélérer la vitesse de réponse de la batterie au sel en ajoutant certains additifs, également appelés “dopants” dans le domaine. “Le carbonate de césium est un ajout très efficace, mais son inconvénient est que c’est un sel très cher. C’est pourquoi nous avons testé une variété de sels organiques, comme l’acétate de potassium, qui est largement disponible et moins cher. Les résultats sont prometteurs, nous avons réussi à améliorer la batterie de manière stable au niveau de la poudre. Cependant, nous utiliserons des comprimés de sel sous forme solide pour le système actuel, c’est pourquoi nous devrons faire des recherches supplémentaires.

Fonds climatique Bill Gates

Parallèlement aux développements continus sur le plan fondamental, les premières études pratiques commencent maintenant à avoir lieu. L’employeur de Houben – il travaille depuis plus d’un an pour Cellcius, la spin-off susmentionnée de TU/e ​​- a récemment placé une batterie au sel dans une maison d’habitation, en collaboration avec la société de logement d’Eindhoven Trudo. Ces pilotes font partie du projet européen Heat-Insyde. “Nous mettons actuellement en place une batterie au sel pour un projet pilote en France, et une autre se dirige vers la Pologne. Cela nous permet de tester notre système de stockage d’énergie dans différentes circonstances climatiques.”

Outre la batterie destinée à un usage domestique, Houben travaille également sur une batterie transportable pouvant chauffer tout un quartier. Cette batterie alimentera en chaleur une cinquantaine de foyers et sera acheminée chaque semaine vers l’industrie locale pour être rechargée en chaleur résiduelle. “Le système de test est opérationnel et est situé sur le campus TU/e. Nous pouvons maintenant commencer à passer à l’échelle ; nous recherchons toujours un site de test où nous pouvons effectuer des tests approfondis dans le monde réel. Cette image complète, la connaissance du sel, le système et l’application réelle sont uniques. Et ce point de vue est partagé par beaucoup. Le fonds climatique de Bill Gates nous a récemment accordé un soutien financier pour mener d’autres recherches sur notre batterie au sel et pour la développer. C’est formidable que nous ayons réussi à définir ce à Eindhoven et de pouvoir ainsi contribuer à la transition énergétique.”