Batterie redox vanadium

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Batterie vanadium redox
Schéma d'une batterie redox vanadium
Schéma d'une batterie redox vanadium
Caractéristiques
Énergie/Poids 10 à 20 Wh/kg
Énergie/Volume 15 à 25 Wh/ℓ
Rendement charge-décharge 75-80 %
Durée de vie 10-20 ans
Nombre de cycles de charge >10 000 cycles
Tension nominale par élément 1,15-1,55 V

Généralités[modifier | modifier le code]

Une batterie redox vanadium (ou batterie à oxydoréduction au vanadium), est un type de batterie rechargeable à flux qui utilise le vanadium dans différents états d'oxydation pour stocker l'énergie potentielle chimique. Un brevet allemand de batterie à flux au chlorure de titane avait déjà été enregistré et accepté en 1954, mais la plupart des développements ont été réalisés par les chercheurs de la NASA dans les années 70. L'utilisation du vanadium avait déjà été suggérée, mais la première démonstration réelle et le développement commercial de toutes les batteries vanadium à flux travaillant avec une solution d'acide sulfurique ont été réalisés par Maria Skyllas-Kazacos et collaborateurs à l'université de Nouvelle-Galles du Sud en Australie. La forme actuelle (électrolytes à l'acide sulfurique) a été brevetée par l'université de Nouvelle-Galles du Sud en 1989[1].

Principe[modifier | modifier le code]

Les batteries à flux stockent l'électricité et la génèrent par réaction d'oxydoréduction. Elles présentent deux compartiments (cellules de puissance) séparés par une membrane échangeuse de protons, où sont plongés des collecteurs de courant (électrodes). Cette membrane permet l'échange de protons entre les deux compartiments anodique et cathodique, où les solutions électrolytiques sont susceptibles d'être réduites et oxydées. Les deux électrolytes liquides sont basés sur le vanadium : la demi cellule positive contient des ions VO2+ et VO2+ alors que la demi cellule négative contient des ions V3+ et V2+. Les électrolytes peuvent être préparés par différents procédés. Par exemple, du pentaoxyde de vanadium (V2O5) peut être dissous dans l'acide sulfurique (H2SO4), donnant une solution fortement acide. Le vanadium existant dans 4 états d'oxydation, des batteries avec un seul élément électroactif, au lieu de deux, peuvent être fabriquées.

Principe de fonctionnement

Principaux avantages :

  • la capacité est augmentable à volonté, simplement en utilisant des réservoirs de plus en plus grands,
  • la batterie peut être laissée déchargée pour de longues périodes sans se dégrader,
  • elle peut aussi être rechargée en remplaçant l'électrolyte si aucune source d'énergie n'est disponible pour la charger. Cette batterie permet ainsi un rechargement rapide par remplacement de l'électrolyte à une pompe, ou un rechargement lent, branchée à une prise,
  • si les électrolytes sont mélangés accidentellement, la batterie ne souffre d'aucun dommage irréversible.

Le principal désavantage de la technologie vanadium redox est le ratio énergie/volume relativement bas et la complexité du système comparé aux batteries standards.

Applications[modifier | modifier le code]

La capacité importante de ces batteries les rend bien adaptées aux applications nécessitant des stockages importants, une réponse à un pic de consommation, ou un lissage de la production de sources variables comme les centrales solaires ou éoliennes. La faible autodécharge et la maintenance limitée ont mené à leur adoption dans certaines application militaires. Ces batteries permettant de répondre rapidement à la demande, elles peuvent aussi être employées dans les applications ASI (alimentation sans interruption) où elles remplacent les batteries plomb-acide ou les groupes électrogènes.

Références[modifier | modifier le code]

  1. M. Skyllas-Kazacos, M. Rychcik and R. Robins, in AU Patent 575247 (1986), to Unisearch Ltd.