Transformation, stockage, transport et distribution - CEA

éservoirde stockaged'électrolytePb 2+ / CH 3 SO 3 Hpompeélectrode bipolaire :composite de carbonedépôtdépôtde PbO 2 de PbFigure 1.Schéma de principe d’une batterie redox à circulation Pb-AMSde configuration bipolaire (réacteur bipolaire). Ce type debatterie, pour lequel le plomb (sous forme de Pb 2+ ) est ensolution dans l’AMS, dans un réservoir unique, ne nécessitequ’un seul système de pompage. Le Pb 2+ se dépose sur lesélectrodes sous formes de Pb et de dioxyde de plomb (PbO 2 )au cours de la charge.•sensibilité peu élevée à la décharge profonde, c’està-direpresque totale.Deux technologies redox à circulation arriventaujourd’hui à maturité commerciale, les batterieszinc-brome (ZnBr) et les batteries vanadium (V).Elles présentent cependant des points faibles entermes de durabilité, de complexité du système fluidiqueet de toxicité des électrolytes.Les batteries Pb-AMSLe système Pb-AMS développé au sein du Laboratoirede stockage de l’électricité (LSE) du Liten est une technologiede conception plus simple que les systèmesredox ZnBr et V. Elle pallie leurs faiblesses par uneapproche originale basée sur l’utilisation du plomben solution dans de l’acide méthane sulfonique. Àterme, cette technologie (figure 1) présentera lesavantages suivants :•un compartiment de réaction unique, d’où un seulréservoir d’électrolyte et un seul système de pompage ;•l’absence de membrane, ce qui permet de s’affranchirdes problèmes de pollution des électrolytes dusau passage des espèces à travers la membrane (crossflow),et donc de fonctionner à forte puissance (cen’est pas le cas pour les technologies actuelles) ;•des électrodes de grande surface active avec unearchitecture monopolaire, améliorant la fiabilité etl’étanchéité du système ;•l’éco-conception en amont de la technologie etl’emploi d’un électrolyte non toxique, l’AMS ;•un faible coût, grâce notamment à l’usage d’uncouple électrochimique basé sur le plomb, avec unobjectif inférieur à 80 €/kWh installé (coût moyenpour les batteries plomb-acide) et 0,1 € par kWhdéstocké sur la durée de vie.Ce système est étudié par l’équipe de Derek Pletcherà l'Université de Southampton (Royaume-Uni)depuis 2004. À ce jour, les performances ont atteint100 cycles pour une cellule unitaire d’une surface de100 cm 2 , dans une configuration de type bipolaire.Les travaux se poursuivent. De nombreux points sontencore à améliorer, en particulier la cyclabilité et lamise en série des cellules.Le fonctionnement du système Pb-AMS montredes analogies avec les batteries Pb-H 2 SO 4 conventionnelles.Cependant, dans ces batteries, le plombreprésente la plus grande partie du coût et son tauxd’utilisation n’est que de 25 % environ : 40 à 50 %du plomb est sous forme de collecteur de courantet la matière active n’est employée qu’à 40-50 %. Aucontraire, dans la batterie à circulation Pb-AMS, leplomb peut être exploité jusqu’à 95 % car la circulationd’électrolyte élimine la limitation par diffusion.De plus, l’usage d’un électrolyte unique simplifiebeaucoup le design du système. L’AMS présente égalementdes avantages environnementaux. Il s’agit d’unacide organique, biodégradable, formé lors de l’oxydationpar le chlore du méthanethiol (CH 3 SH). Cedernier est synthétisable par des microorganismes, cequi permet d’envisager dans le futur une productionbasée sur les biotechnologies.couvercle2 cmflux d'électrolyteélectrodesFigure 2.Schéma de la cellule àélectrodes nid-d’abeillestraversantes. La géométriede cette cellule permetd’optimiser le rapportvolume/surface active, pourdes canaux de diamètre1-3 mm et de longueur15-20 mm. La circulationd’électrolyte se fait en fluxcroisés, pour que les effets dela chute ohmique (résistanceinterne de la cellule, quidépend de la nature del’électrolyte, de la distanceentre les électrodes...) soientcompensés par le gradient deconcentration de Pb 2+ le longdes canaux. La surface activeélevée conduit à une celluletrès compacte, qui pourrafournir une forte puissanceavec un débit d’électrolytefaible durant la charge, limitantainsi le risque de détachementde matière active.Électrode traversante avant calcination (à droite, composite de résine phénolique et de cellulose)et après calcination (à gauche, carbone vitreux, matériau carboné de faible densité).bacCEACLEFS CEA - N° 61 - PRINTEMPS 201361