Une électrode imprimée en 3D augmente de 52 % les performances des batteries à flux

Une structure noire et poreuse repose dans les mains de Maxime van der Heijden, professeur à l’Université de Waterloo, après son impression et avant son traitement thermique. Dans une batterie de laboratoire, cette structure est conçue pour faire circuler le liquide plus efficacement — et l’équipe indique que sa meilleure version a augmenté les performances de 52 %.

Le composant appartient à une batterie à flux redox, ou RFB, qui stocke l’électricité dans des électrolytes liquides contenus dans des réservoirs externes. Contrairement aux matériaux inflammables utilisés dans les batteries lithium-ion, ces électrolytes sont à base d’eau, ce qui fait des RFB une option potentiellement plus sûre pour le stockage à grande échelle. Leur capacité énergétique peut également être augmentée en utilisant des réservoirs plus grands, selon van der Heijden.

Les chercheurs ont utilisé l’impression 3D par traitement numérique de la lumière afin de contrôler les pores et les canaux internes de l’électrode. Ils ont testé plusieurs géométries de surfaces minimales triplement périodiques, ou TPMS — des formes tridimensionnelles complexes et répétitives — et ont découvert que la conception en « losange » faisait circuler le liquide de la batterie le plus efficacement. Après traitement thermique, les structures imprimées sont devenues des électrodes en carbone conductrices.

L’équipe a d’abord testé les électrodes dans des cellules à flux en laboratoire, puis dans une batterie à flux redox au vanadium fonctionnelle, montrant que les conceptions imprimées peuvent fonctionner dans une batterie en service ; ces travaux restent une preuve de concept. L’étude paraît dans le Journal of Energy Storage.

Qu’est-ce que cela change en pratique ? Si la conception peut être mise à l’échelle, elle pourrait aider les gestionnaires de réseau et les collectivités à stocker le surplus d’électricité produit par l’éolien et le solaire, puis à le réinjecter dans le réseau, grâce à une architecture de batterie dont le volume de stockage est augmenté au moyen de réservoirs. Les prochaines étapes immédiates sont d’accroître la surface, d’améliorer la fabrication et de poursuivre les tests — pas de proposer un produit prêt à installer.