Entre la batterie et l’électrolyseur : un nouveau type de dispositif de stockage produit de l’hydrogène

Les batteries stockent directement l’électricité, tandis que les électrolyseurs l’utilisent pour produire de l’hydrogène. Les deux processus sont maintenant combinés dans un nouveau type de dispositif de stockage d’énergie, que les chercheurs dirigés par Robert Hahn de Institut Fraunhofer pour la fiabilité et la microintégration développé IZM à Berlin. Il se compose d’une demi-cellule d’une pile au zinc et d’une électrode au niveau de laquelle de l’oxygène ou de l’hydrogène se forme alternativement. Les premiers prototypes plus petits affichent déjà des niveaux d’efficacité prometteurs. De plus, les matières premières utilisées – acier, zinc, hydroxyde de potassium – sont très bon marché et disponibles en grande quantité.

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“Notre développement se situe quelque part entre la batterie et l’électrolyseur”, déclare Hahn. Il est concevable comme une batterie avec production d’hydrogène ou comme une électrolyse qui stocke d’abord de l’énergie puis libère de l’hydrogène et de l’électricité en cas de besoin. De plus, lors de la charge, l’oxyde de zinc dissous dans l’électrolyte de potasse liquide libère son oxygène et se dépose sous forme de zinc métallique sur une électrode. En même temps, de l’oxygène s’échappe de l’électrode à gaz, constituée d’une tôle d’acier recouverte d’une fine couche de nickel. Lors du déchargement, le zinc absorbe à nouveau l’oxygène et se dépose sur le sol sous forme d’une fine poudre d’oxyde de zinc. D’autre part, les molécules d’eau sont réduites au niveau de l’électrode à gaz, c’est-à-dire qu’elles libèrent leur oxygène et que de l’hydrogène se forme.

efficacité de 50 pour cent

Un premier prototype a à peu près la taille d’un petit aquarium. “Notre système atteint une efficacité d’environ 50 % et se situe donc exactement à mi-chemin entre la batterie et l’électrolyse”, déclare Hahn. Parce que si l’on considère un cycle complet de l’électricité utilisée à l’électricité générée à nouveau, les batteries lithium-ion atteignent une efficacité d’environ 95 %, et la génération et la conversion de l’hydrogène dans l’électrolyse et les piles à combustible à environ 30 % d’efficacité. Si le système zinc-hydrogène est chargé et déchargé dans une mesure pratique, ils peuvent supporter environ 500 à 900 cycles.

Par conséquent, ce stockage hybride ne peut concurrencer directement les milliers de cycles des batteries matures. “Mais cette stabilité est suffisante pour un stockage à long terme”, est convaincu Hahn. Pour une utilisation pratique, il pourrait imaginer un système de cellules zinc-hydrogène chargées et non chargées. Selon la situation d’approvisionnement, celle-ci absorberait alors l’électricité excédentaire ou restituerait à nouveau son électricité stockée tout en produisant de l’hydrogène. L’avantage par rapport aux électrolyseurs conventionnels serait que des métaux précieux coûteux tels que l’iridium ou des polymères contenant du fluor ne sont pas utilisés. Étant donné que l’hydrogène ne serait généré qu’en cas de besoin, il n’y aurait pas besoin de stockage intermédiaire – comprimé sous haute pression dans des réservoirs de gaz.

Hahn et ses partenaires travaillent actuellement sur un démonstrateur plus grand qui peut générer 1 kilowatt de puissance à un courant de 50 ampères. La stabilité du cycle et le contrôle du processus pendant la charge et la décharge doivent en être optimisés. D’autres étapes de mise à l’échelle vers des mémoires plus grandes pourraient suivre. Mais comment et où exactement ce type de stockage d’énergie sera utilisé à l’avenir ne peut pas être dit dans la perspective d’aujourd’hui. Cependant, compte tenu de la complexité du paysage énergétique, des scénarios d’usages adaptés pourraient certainement émerger. La société associée au projet détient les premiers brevets Zn2H2 – Zinc en hydrogène déjà enregistré dans ce cas.

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(jl)