L'incroyable batterie inventée il y a 120 ans, qui peut révolutionner la production d'énergie
Sur une route de gravier à West Orange, dans le New Jersey (États-Unis), une voiture électrique passa devant des usagers totalement surpris par l'ampleur de son intérieur.
Thomas Edison a inventé une voiture électrique avec une batterie qui, pensait-il, allait révolutionner le marché. La voiture se déplaçait deux fois plus vite que les véhicules plus conventionnels, soulevant la poussière de la rue. C'était le début du 20e siècle et le conducteur de cette voiture particulière était Thomas Edison. Si les voitures électriques n'étaient pas une nouveauté dans le quartier, la plupart d'entre elles reposaient sur des batteries de plomb lourdes et encombrantes. Edison avait équipé sa voiture d'un nouveau type de batterie, et il espérait que bientôt tous les véhicules du pays l'utiliseraient : il s'agissait d'une batterie nickel-fer. A lire aussi : S'appuyant sur le travail de l'inventeur suédois Ernst Waldemar Jungner, qui a breveté pour la première fois une batterie au nickel-fer en 1899, Edison a cherché à l'affiner pour l'utiliser dans les voitures. L'inventeur américain a affirmé que la batterie au nickel-fer était incroyablement solide et pouvait se recharger deux fois plus vite que les batteries au plomb-acide. Il a même passé un accord avec le constructeur automobile Ford Motors pour produire ce véhicule électrique censé être plus efficace. Mais la batterie nickel-fer avait quelques problèmes. Ce qui était une dangereuse bizarrerie d'Edison s'est avéré très utile. Elle était plus grosse que les batteries au plomb-acide utilisées et elle était également plus chère. De plus, lorsqu'elle est chargée, elle libère de l'hydrogène, ce qui à l'époque était considéré comme préoccupant et pouvait être dangereux. Malheureusement, au moment où Edison a réussi à construire un prototype plus raffiné, les véhicules électriques disparaissaient et les voitures alimentées par des combustibles fossiles gagnaient du terrain car elles pouvaient parcourir de plus longues distances au lieu de devoir s'arrêter pour se recharger. L'accord d'Edison avec Ford Motors est resté inachevé, bien que sa batterie ait continué à être utilisée dans certains créneaux tels que la signalisation ferroviaire, où sa taille encombrante n'était pas un obstacle. Plus d'un siècle plus tard, les ingénieurs ont redécouvert la batterie nickel-fer comme une sorte de diamant brut. Elle est actuellement étudiée comme une réponse au défi permanent de la production d'énergie renouvelable et de la complémentarité des sources d'énergie propres telles que le vent et le solaire. Et l'hydrogène, autrefois considéré comme dangereux, pourrait devenir l'un des éléments les plus utiles de ces batteries. A ne pas manquer sur BBC Afrique : Électrolyse Au milieu des années 2010, une équipe de recherche de l'Université de technologie de Delft aux Pays-Bas a découvert comment utiliser la batterie nickel-fer à base d'hydrogène. Edison pensait que sa voiture électrique allait dominer les rues de l'époque, mais ce ne fut pas le cas. Lorsque l'électricité traverse la batterie lors de sa recharge, elle subit une réaction chimique qui libère de l'hydrogène et de l'oxygène. L'équipe a reconnu que la réaction ressemble à celle utilisée pour libérer de l'hydrogène de l'eau, connue sous le nom d'électrolyse. "Il m'a semblé que la chimie était la même", explique Fokko Mulder, chef de l'équipe de recherche à l'Université de Delft. Cette réaction de division de l'eau est un moyen par lequel l'hydrogène est produit pour être utilisé comme carburant et complètement propre, à condition que l'énergie utilisée pour conduire la réaction provienne d'une source renouvelable. Alors que Mulder et son équipe savaient que les électrodes de batterie nickel-fer étaient capables de diviser l'eau, ils ont été surpris de voir que les électrodes ont commencé à avoir un stockage d'énergie plus important qu'avant la production d'hydrogène. En d'autres termes, elle est devenue une meilleure batterie lorsqu'elle a également été utilisée comme électrolyseur. Ils ont également été étonnés de voir à quel point les électrodes résistaient à l'électrolyse, qui peut dégrader excessivement des batteries plus traditionnelles. "Et bien sûr, nous étions heureux que l'efficacité énergétique semble être bonne dans tout cela", dit Mulder, atteignant des niveaux de 80 % à 90 %. Mulder a nommé sa création le "battolyser" et espère que la découverte pourra aider à résoudre deux défis majeurs pour les énergies renouvelables : stocker l'énergie et, lorsque les batteries sont pleines, produire du carburant propre. Il existe des électrolyseurs classiques pour convertir l'énergie renouvelable en hydrogène, mais M. Mulder espère que le "battolyser" pourra le faire de manière plus efficace et plus économique. "Vous entendrez des arguments sur les batteries d'une part et l'hydrogène d'autre part", dit Mulder. "Il y a eu toujours une sorte de compétition entre les deux, mais en gros il faut les deux", ajoute-t-il. Valeur renouvelable L'un des plus grands défis des sources d'énergie renouvelables comme l'éolien et le solaire est leur imprévisibilité et leur intermittence. Avec le solaire, par exemple, il y a un surplus d'énergie pendant la journée et l'été, mais pendant la nuit et pendant les mois d'hiver, l'offre diminue. Les batteries conventionnelles, telles que les batteries au lithium, peuvent stocker de l'énergie à court terme, mais lorsqu'elles sont complètement chargées, elles doivent libérer tout excès ou elles peuvent surchauffer et se dégrader. Cependant, le "battolyser" nickel-fer reste stable lorsqu'il est complètement chargé, à tel point qu'il peut continuer à produire de l'hydrogène. "Elles [Les batteries nickel-fer] sont résistantes et peuvent mieux tolérer une charge insuffisante et une surcharge que les autres batteries", déclare John Barton, associé de recherche à la Loughborough University School of Mechanical, Electrical and Manufacturing Engineering Kingdom, qui étudie également le "battolyser". "Avec la production d'hydrogène, le" battolyser "ajoute un stockage d'énergie pendant plusieurs jours et même entre les saisons" de l'année, ajoute-t-il. Le "battolyser" peut être un moyen d'aider à équilibrer l'offre et la demande d'énergie renouvelable provenant de sources telles que l'énergie solaire et éolienne. En plus de créer de l'hydrogène, les batteries nickel-fer ont d'autres caractéristiques utiles. Premièrement, elles nécessitent un entretien exceptionnellement faible. Elles sont extrêmement durables, comme Edison l'a démontré dans sa première voiture électrique, et certaines sont connues pour durer plus de 40 ans. Les métaux nécessaires à la fabrication de la batterie (nickel et fer) sont également plus courants que, par exemple, le cobalt utilisé pour créer des batteries conventionnelles. Cela signifie que le "battolyser" pourrait avoir un autre rôle pour les énergies renouvelables : l'aider à devenir plus rentable. Comme toute autre industrie, les prix des énergies renouvelables fluctuent en fonction de l'offre et de la demande. Par une journée ensoleillée, il peut y avoir beaucoup d'énergie solaire, ce qui peut entraîner une surabondance et une baisse du prix pour lequel l'énergie peut être vendue. Le "battolyser" pourrait aider à lisser ces fluctuations. "Lorsque les prix de l'électricité sont élevés, vous pouvez décharger cette batterie, mais lorsque le prix de l'électricité est bas, vous pouvez recharger la batterie et produire de l'hydrogène", explique Mulder. Le "battolyser" n'est pas seul à cet égard. Les électrolyseurs alcalins plus traditionnels couplés à des batteries peuvent également remplir cette fonction et sont répandus dans l'industrie de la production d'hydrogène. Mulder pense que le "battolyser" peut faire la même chose pour moins d'argent et plus longtemps grâce à la durabilité du système. C'est quelque chose qui donne de l'espoir aux partisans de la nouvelle découverte. Et bien que l'hydrogène soit le produit direct du "battolyser", d'autres substances utiles peuvent également être générées, telles que l'ammoniac ou le méthanol, qui sont généralement plus faciles à stocker et à transporter. Le laboratoire d'Edison, dans le New Jersey, a été le lieu de naissance de nombre de ses inventions, tant celles qui ont gagné en popularité de son vivant que celles qui ne l'ont pas fait. "Avec un "battolyser" installé, une usine d'ammoniac fonctionnerait de manière plus cohérente et nécessiterait moins de main-d'œuvre, ce qui réduirait les coûts d'exploitation et d'entretien», déclare Hans Vrijenhoef, PDG de Proton Ventures, qui a investi dans le "battolyser" de Mulder. "Cela produirait de l'ammoniac de la manière la moins chère, la plus durable et la plus écologique", ajoute-t-il. Escalade À l'heure actuelle, le plus grand "battolyser" existant est de 15 kW / 15 kWh et dispose d'une capacité de batterie suffisante et d'un stockage d'hydrogène à long terme pour alimenter 1,5 foyers. Une version plus grande d'un "battolyser" de 30 kW / 30 kWh est en cours de préparation à la centrale électrique de Magnum à Eemshaven aux Pays-Bas, où elle fournira suffisamment d'hydrogène pour répondre aux besoins de la centrale. Une fois qu'il aura subi des tests rigoureux, l'objectif est d'étendre et de distribuer le "battolyser" aux producteurs d'énergie verte tels que les parcs solaires et éoliens. En fin de compte, ses partisans s'attendent à ce qu'il atteigne l'échelle du gigawatt, ce qui équivaut à la puissance produite par environ 400 éoliennes à l'échelle des services publics. Bien qu'en plus de l'expansion, Barton voit un rôle pour les petits "battolysers", qui pourraient aider à fournir de l'électricité aux mini-réseaux utilisés par les communautés éloignées qui ne font pas partie des réseaux électriques principaux. Le fait que les électrodes de battolyser soient constituées de métaux de base relativement bon marché peut aider. Et contrairement au lithium, le nickel et le fer ne génèrent pas de grandes quantités de déchets d'eau lorsqu'ils sont extraits, et ils ne sont pas non plus liés à une dégradation environnementale significative. La batterie nickel-fer adaptée mise au point par Thomas Edison pourrait avoir une nouvelle chance au XXIe siècle. Pourtant, Mulder et Barton voient des obstacles à surmonter en termes d'efficacité et de capacité. "Le 'battolyser' bénéficierait grandement d'une plus grande capacité d'alimentation de la batterie ou d'une résistance interne réduite", déclare Barton. La résistance interne est l'opposition au flux de courant dans une batterie. Plus la résistance interne est élevée, plus l'efficacité est faible. Améliorer cela est quelque chose sur lequel Mulder et son équipe travaillent. Une grande partie du potentiel du «battolyser» était caché à la vue de tous, depuis que Thomas Edison a commencé à expérimenter sa batterie nickel-fer au début des années 1900. Vous avez peut-être eu tort de croire que votre batterie remplacerait les autres véhicules dans les rues. Mais la batterie nickel-fer peut encore jouer un rôle pour remplacer les énergies à base de fossiles en général, et contribuer à accélérer la transition vers les énergies renouvelables.