Le stockage de l'énergie repensé
Vers un avenir durable avec les batteries à ions d'oxygène
Alexander Opitz, professeur de conversion électrochimique de l'énergie à l'Université technique de Vienne, étudie dans le cadre d'un laboratoire Christian Doppler comment les batteries à ions oxygène peuvent être utilisées comme nouveau type de stockage d'énergie.
Le défi des énergies renouvelables est que leur disponibilité dépend fortement de l'heure de la journée ou des conditions météorologiques. L'électricité est produite lorsque le soleil brille ou que le vent souffle. Mais si l'électricité n'est pas directement nécessaire à ce moment-là, elle reste inutilisée ou est au mieux stockée. Mais les fluctuations dues aux pics de production ou d'utilisation constituent également des défis récurrents pour les producteurs d'électricité et les exploitants de réseau.
Dans le cadre du laboratoire Christian Doppler (CD) sur les batteries à ions oxygène, une équipe interdisciplinaire dirigée par Alexander Opitz (TU Wien) travaille désormais sur des solutions de stockage innovantes en collaboration avec l'entreprise énergétique VERBUND. Les batteries à ions oxygène se distinguent par une fabrication ménageant les ressources, des coûts de production réduits et une grande sécurité d'utilisation. Le 22 avril 2025, le laboratoire CD, soutenu par le ministère fédéral de l'Économie, de l'Énergie et du Tourisme, a été solennellement inauguré.
Le ministre de l'Économie Wolfgang Hattmannsdorfer souligne la pertinence de la recherche : "Les défis du futur ne peuvent être relevés qu'avec de nouvelles connaissances et des idées fraîches. Les accumulateurs d'électricité innovants jouent un rôle central dans ce contexte. Le laboratoire CD y apporte une contribution importante grâce à sa recherche fondamentale sur les batteries à ions d'oxygène sûres et respectueuses des ressources. Cela ne renforce pas seulement notre approvisionnement en énergie, mais aussi le site scientifique autrichien. Il est particulièrement important que nous nous concentrions sur les points forts de l'Autriche - le travail, l'inventivité et une grande compétence scientifique. Je souhaite à Alexander Opitz et à son équipe beaucoup de succès dans cette tâche importante".
Une couche mince céramique imprimée par jet d'encre sous la forme du logo de l'université technique de Vienne sur un monocristal d'électrolyte d'oxyde. L'impression par jet d'encre est l'une des méthodes étudiées dans ce laboratoire CD pour pouvoir fabriquer des couches minces céramiques pour les batteries à ions d'oxygène de manière économique et évolutive.
© TUW/Matthias Heisler
Game Changer céramique
Contrairement aux batteries traditionnelles, les batteries à ions d'oxygène se passent des éléments critiques que sont le lithium ou le cobalt. Au lieu de cela, elles utilisent des matériaux céramiques abondants, ce qui réduit les dépendances géopolitiques. De plus, les batteries ion-oxygène ne sont ni inflammables ni toxiques. C'est justement l'inflammabilité des types de batteries actuellement disponibles (comme les batteries sodium-soufre ou lithium-ion) qui pose problème pour le stockage à grande échelle. Alors que les batteries au lithium ont été développées spécifiquement pour une utilisation mobile et doivent répondre à des exigences telles qu'un faible poids, les systèmes de stockage destinés à une utilisation stationnaire peuvent s'affranchir de ces exigences. Ceci est particulièrement pertinent pour les fournisseurs d'énergie tels que VERBUND, qui fournissent une grande partie de leur énergie à partir de sources renouvelables et qui souhaitent déplacer l'énergie électrique des périodes de forte production vers les périodes de forte demande grâce à des batteries stationnaires de grande capacité.
L'idée d'utiliser des matériaux céramiques pour les batteries est née un peu par hasard, se souvient le directeur du laboratoire CD, Alexander Opitz : "Ce n'est qu'en changeant d'angle de vue sur le matériau que nous étudions en fait pour les applications de cellules à combustible et d'électrolyse que nous avons vu que nos céramiques pouvaient, dans certaines conditions, avoir une capacité similaire à celle des matériaux de batteries lithium-ion classiques. Autrement dit, elles peuvent stocker une quantité d'énergie similaire".
Transport de la charge par les ions d'oxygène
Les batteries à ions d'oxygène fonctionnent en remplissant d'ions d'oxygène les espaces vides dans le matériau d'électrode de stockage. L'oxygène n'est toutefois pas échangé avec l'atmosphère, mais déplacé sous forme d'ions d'oxyde entre les deux électrodes de stockage de la cellule.
Pour que cette nouvelle technologie fonctionne, elle doit être isolée de l'air ambiant et fonctionner à des températures comprises entre 300 et 500 °C. Les batteries de piles à combustible ne peuvent être utilisées qu'à des fins de stockage. Cette température est nécessaire pour que les ions d'oxygène soient suffisamment mobiles dans les matériaux céramiques utilisés et puissent se déplacer d'une électrode à l'autre. Si ces conditions limites sont remplies, l'ensemble du processus est entièrement réversible - c'est-à-dire que les ions d'oxygène qui ont été déplacés de l'électrode négative vers l'électrode positive lors de la charge de la batterie peuvent à nouveau migrer dans le sens inverse lors de la décharge. Ce processus peut théoriquement être répété autant de fois que nécessaire.
Pour une application en tant que batterie de stockage stationnaire, qui déplace par exemple les pics de production photovoltaïque de midi vers le soir, ce "va-et-vient" d'ions d'oxygène entre les deux électrodes de stockage de la cellule devrait avoir lieu une fois par jour.
Michael Strugl, CEO de VERBUND ajoute : "La transformation de l'énergie est l'un des plus grands défis de notre époque. Elle nécessite non seulement de nouvelles technologies, mais aussi et surtout une recherche continue et intensive. En collaborant avec le monde scientifique, comme par exemple dans le cadre du laboratoire Christian Doppler, nous pouvons contribuer à ce que des innovations telles que la batterie à ions d'oxygène soient plus rapidement commercialisables et contribuent ainsi à résoudre la problématique du stockage de l'énergie".
En effet, si l'énergie ne peut pas être stockée, la puissance des centrales électriques doit être volontairement réduite afin de ne pas surcharger les réseaux électriques. Ce faisant, une énergie précieuse est perdue, alors qu'elle serait utilisée d'urgence plus tard. De nouveaux types de stockage d'électricité sont donc d'une grande importance pour le développement des énergies renouvelables.
La motivation de l'Université technique de Vienne et de VERBUND est donc grande pour créer les bases scientifiques permettant de développer les batteries à ions oxygène en une alternative performante, facile à fabriquer et à adapter aux technologies de batteries existantes. Outre le stockage à grande échelle pour les producteurs d'électricité et les exploitants de réseaux, l'utilisation pour le stockage à domicile serait également envisageable.
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 Allemand peut être trouvé ici.
Autres actualités du département science
