La batterie la plus chaude du monde

Fourth Power, une startup issue du MIT, se prépare à lancer une batterie thermique commerciale qui stocke l'électricité sous forme de chaleur dans d'énormes blocs de carbone portés à environ 4.350 degrés Fahrenheit — soit près de la moitié de la température de la surface du Soleil. La technologie, développée par le professeur de transfert thermique du MIT, Asegun Henry, représente une approche fondamentalement différente du stockage d'énergie à l'échelle du réseau qui pourrait offrir des avantages significatifs en termes de coûts et de durée par rapport aux batteries lithium-ion pour les applications de longue durée.

Le nom de l'entreprise provient de la loi de Stefan-Boltzmann: à ces températures extrêmes, doubler la chaleur augmente la sortie lumineuse d'un facteur 16 — à la quatrième puissance — améliorant considérablement l'efficacité avec laquelle la chaleur peut être reconvertie en électricité par des cellules thermophotovoltaïques.

Comment fonctionne le stockage d'énergie thermique

Le système fonctionne selon un principe conceptuellement simple mais techniquement exigeant. Lorsque de l'électricité en excès est disponible — provenant de panneaux solaires au milieu de la journée, ou d'éoliennes pendant les heures creuses — elle chauffe les blocs de carbone en utilisant une résistance électrique. Le carbone est maintenu dans une enceinte isolée où il conserve l'énergie thermique avec des pertes d'environ un pour cent par jour.

Lorsque l'électricité est nécessaire, les blocs de carbone chauds émettent un rayonnement thermique intense. Ce rayonnement est capturé par des cellules thermophotovoltaïques — des semi-conducteurs spécialisés qui convertissent le rayonnement thermique en électricité, fonctionnant comme des panneaux solaires mais pour l'énergie thermique. Les cellules TPV convertissent le rayonnement en électricité avec une efficacité supérieure à 40 pour cent, un record que l'équipe de Henry a démontré en conditions de laboratoire. Le transfert de chaleur entre les blocs de carbone et les cellules TPV est géré par un système de pompes d'étain fondu — une innovation qui a valu à Henry un record Guinness World pour la pompe de liquide la plus chaude en 2017.

Pourquoi des blocs de carbone plutôt que du métal?

Le choix du carbone graphite comme milieu de stockage est central à l'économie du système. La plupart des approches de stockage thermique utilisent des métaux comme le fer ou l'aluminium, qui deviennent coûteux et structurellement problématiques aux températures requises pour une conversion haute efficacité. Le graphite peut supporter une chaleur extrême sans fondre ni se corroder, ne réagit pas avec le fluide de transfert thermique d'étain fondu, et est abondant et relativement bon marché comme matière première.

Cet avantage matériel est ce qui permet à Fourth Power de cibler des coûts de stockage significativement inférieurs aux batteries lithium-ion à l'échelle commerciale. L'entreprise estime qu'à l'échelle du déploiement commercial, sa technologie peut offrir un stockage de longue durée à une fraction du coût du lithium-ion — critique pour le marché des services publics et du réseau où la durée est aussi importante que l'efficacité aller-retour.

L'écart du stockage de longue durée

Les batteries lithium-ion ont transformé le stockage réseau de courte durée — les systèmes qui doivent stocker l'énergie pendant deux à quatre heures pour lisser la variabilité des énergies renouvelables. Mais à mesure que le réseau dépend de plus en plus de l'énergie solaire et éolienne, le besoin de stockage couvrant des périodes de plusieurs jours de faible génération augmente. Le système de Fourth Power est spécifiquement conçu pour cet écart: une configuration de base fournit 10 heures de stockage, et l'ajout de modules de stockage supplémentaires étend la durée linéairement. Une installation à grande échelle fournirait 25 mégawatts de puissance et 250 mégawatts-heures de stockage.

L'entreprise prévoit de démontrer un système pilote d'un mégawatt-heure plus tard en 2026, avec des déploiements commerciaux complets à suivre à mesure que la technologie est validée à grande échelle. Si la démonstration confirme les coûts et les performances projetés, le stockage d'énergie thermique à ces températures pourrait devenir un élément clé de l'infrastructure qui rend l'énergie renouvelable fiable tout au long des saisons et des conditions météorologiques — la solution si longtemps recherchée au problème de l'intermittence qui a été le défi central de la transition vers l'énergie propre.

Cet article est basé sur le reportage d'Interesting Engineering. Lire l'article original.