Avec l'augmentation de la part des énergies alternatives dans la production d'électricité se pose la question - cruciale - du stockage de cette dernière pour remédier à l'intermittence des moyens de production. Cet enjeu constitue le socle d'une nouvelle collaboration entre l'Institut Weizmann et l'Université d'Oslo...
La nécessité du stockage de masse d'électricité
La transition énergétique qui se discute et se prépare dans de nombreux pays à travers le monde nécessite d'introduire dans le mix énergétique des moyens de production qui, bien que propres, présentent l'inconvénient d'être intermittents. L'ensoleillement ou l'intensité du vent sont en effet de nature irrégulière, alors qu'à l'inverse, la demande en électricité est très prévisible et peu flexible.
Afin de combler le gouffre pouvant apparaître entre production et demande, deux solutions techniques se présentent : soit utiliser d'autres formes de production plus classiques, comme les centrales à gaz, afin de prendre le relais, soit injecter sur le réseau de l'électricité préalablement stockée, sous une forme ou une autre, afin de pallier les creux de production. Dans la perspective d'une production d'énergie "décarbonée", la seconde solution est à l'évidence la plus satisfaisante, mais c'est également celle demandant un important effort de recherche tant les solutions existantes sont encore balbutiantes face à l'importance du défi à relever.
Un stockage existant sous différentes formes
On désigne généralement de manière abusive sous le terme de stockage d'électricité un procédé consistant à convertir l'énergie électrique en une autre forme d'énergie, chimique ou mécanique par exemple, qui est elle stockable [1]. Exemple classique : le barrage hydro-électrique. L'eau est remontée dans le réservoir en période de surproduction d'électricité pour être ensuite utilisée lors des creux de production. Ce procédé est notamment utilisé de façon importante en Norvège, qui revend une partie de son électricité au Danemark lorsque les éoliennes de ce dernier ne produisent pas suffisamment. Bien qu'ayant de nombreux avantages, ce mode de stockage a l'inconvénient d'être difficilement multipliable, les principaux sites propices à la construction d'un barrage étant déjà utilisés en Europe.
Heureusement, l'électricité peut se stocker sous une autre forme, en utilisant des volants d'inertie. Le principe est également très simple : il s'agit de mettre en mouvement et faire tourner à grande vitesse une masse qui accumule alors de l'énergie sous forme cinétique. Cette dernière peut ensuite être utilisée pour faire tourner un alternateur dans les périodes requises, injectant ainsi l'électricité manquante dans le réseau.
Enfin, la dernière solution répandue est de stocker l'énergie sous forme chimique, ce qui correspond aux batteries et piles communément utilisées. Dans le cas particulier du stockage de quantité importante d'électricité, la solution la plus répandue est celle des batteries sodium-soufre qui offrent de très bonnes performances : une haute densité, un rendement important dans le cycle charge-décharge et une longue durée de vie. Les principaux inconvénients de cette solution sont sa température de fonctionnement (entre 300 et 350 degrés) et le caractère très corrosif et inflammable du sodium [2,3].
Une nouvelle génération de batteries au sodium
La collaboration débutée entre le professeur Reshef Tenne de l'Institut Weizmann et son homologue Sabrina Sartori de l'Université d'Oslo (cette dernière étant actuellement professeur invité en Israël) se concentre sur la découverte et la conception d'une nouvelle génération de batteries au sodium ayant de meilleures performances [4]. Une piste importante dans leurs recherches consiste à étudier l'utilisation de nouveaux matériaux pouvant remplacer le graphite dans la constitution de l'électrode négative.
L'idée principale est de garder une structure sous forme de couches similaires à du graphite, mais en remplaçant les atomes de carbone par des composés non organiques, généralement des oxydes métalliques. Cette collaboration académique débutant tout juste, le projet n'en est qu'à ses prémices. La prochaine étape, avant de pouvoir penser aux applications énergétiques, est la synthèse de ce type de nano-structures. Cette synthèse est encore mal maîtrisée et les performances sont bien loin de celles obtenues par leurs cousins carbonés.
Nos deux chercheurs ont cependant bon espoir que ces matériaux améliorent le rendement de la réaction chimique faisant intervenir le sodium, et permettent ainsi à moyen terme d'obtenir des batteries à plus haute densité énergétique, mais aussi plus simples à fabriquer et à entretenir.
Sources :
- [1] http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301421506003545
- [2] http://redirectix.bulletins-electroniques.com/ZLyp7
- [3] http://en.wikipedia.org/wiki/Sodium%E2%80%93sulfur_battery
- [4] http://wis-wander.weizmann.ac.il/cooperating-for-a-clean-future
Source Bulletins electroniques