Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Les accumulateurs électrochimiques de type redox-flow représentent un principe particulier d’accumulateurs dont les réactifs et produits de réaction sont en solution dans un électrolyte, à l’anode comme à la cathode. Ces électrolytes, contenus dans deux demi-cellules, sont mis en circulation, d’où leur appellation. La capacité des accumulateurs « redox-flow » est facilement maîtrisée, d’où leur utilisation très fréquente pour le stockage d’énergie.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Jack ROBERT : Professeur émérite à l’université Paris Sud XI
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Jean ALZIEU : Ingénieur-chercheur à Électricité de France
INTRODUCTION
Comme tout générateur électrochimique, un accumulateur « redox-flow » est le siège d’une réaction d’oxydation et d’une réaction de réduction qui se développent respectivement au niveau de chaque électrode. Sa spécificité vient du fait que les réactifs et produits de réaction sont en solution dans un électrolyte ad hoc, aussi bien à l’anode qu’à la cathode. De ce fait, un accumulateur redox-flow est constitué de deux demi-cellules contenant chacune l’un de ces électrolytes. Ces derniers sont mis en circulation. C’est au titre de cette mise en circulation de l’électrolyte que les accumulateurs étudiés dans le présent document sont appelés « redox-flow ».
Les électrolytes sont stockés dans des réservoirs et mis en circulation jusqu’aux demi-cellules, sièges des processus réactionnels. La continuité du circuit électrique impose que les deux demi-cellules soient séparées par une paroi semi-perméable autorisant le passage d’un ion commun aux deux électrolytes. Un accumulateur redox-flow comporte un réacteur électrochimique, constitué des demi-cellules, un dispositif de mise en circulation de l’électrolyte et des compartiments de stockage (réservoirs).
La capacité d’un accumulateur redox-flow est liée à la taille des réservoirs tandis que sa puissance est liée à celle du réacteur. Le découplage de ces deux paramètres est un avantage. Ainsi, la maîtrise de la capacité conduit à envisager l’emploi de ce type d’accumulateur pour le stockage massif dans les réseaux d’énergie. Il importe pour ce faire, de disposer de réservoirs de taille suffisante, tandis que l’indépendance vis-à-vis de la puissance est conditionnée par l’utilisation envisagée.
Dans un accumulateur, les processus de vieillissement ou de dégradation affectent généralement les parties solides. Il peut s’agir des électrodes (citons à titre d’exemples, le « shedding » et le « softening » de l’accumulateur au plomb) ou d’un élément de structure (par exemple, fissure du tube d’alumine β d’un accumulateur haute température). Les réactifs et produits de l’accumulateur redox-flow, en phase liquide, sont à l’abri de ces problèmes, ce qui, potentiellement, confère à cet accumulateur une importante durée de vie.
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Perspectives
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2. Systèmes en développement
Précisons que, début 2005, il est prématuré de considérer que les systèmes redox-flow ont atteint le stade de la maturité industrielle. Compte tenu de leur potentialité en matière d’applications de type stockage de forte capacité, il est essentiellement prévu d’associer ces systèmes aux réseaux de transport de l’électricité. Cette potentialité tient, on le sait, à deux éléments principaux :
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l’absence de réactif solide : il n’y a pas d’évolution structurale des matériaux d’électrode dans le temps, ce qui laisse présager d’importantes durées de vie ;
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le découplage des dimensionnements associés à la capacité et à la puissance : on peut envisager des systèmes de très forte capacité, obtenus par l’utilisation de réservoirs de grand volume.
Ces deux caractéristiques concourent à abaisser le prix de revient du kWh stocké, ce qui est particulièrement avantageux dans le cas du stockage massif.
2.1 Système fer-chrome
Les premières réalisations de batteries de type redox-flow ont concerné le système fer-chrome. À l’état chargé, l’électrolyte positif contient, en solution aqueuse, des ions fer au niveau d’oxydation (+ 3), et l’électrolyte négatif, des ions chrome au niveau d’oxydation (+ 2). Les demi-réactions de charge-décharge s’écrivent :
-
à l’électrode positive :
![]()
-
à l’électrode négative :
![]()
Un pilote de 60 kW a été réalisé au Japon au début des années 1990. Ce système, peu performant et encombrant, n’a pas convaincu, mais la R&D est restée active sur le principe du redox-flow. Aujourd’hui, deux systèmes prétendent à une disponibilité commerciale à court terme. Il s’agit,...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - * - Pour faciliter la recherche des documents cités, les références bibliographiques concernent, pour l’essentiel, le « Journal of power sources » (J. Power Sources), le « Journal of the Electrochemical Society » (J. Electrochem. Soc.) et les actes du Colloque Gaston Planté 2000 (Paris, 30-31 octobre 2000). L’éditeur du « Journal of power sources » est Elsevier (Amsterdam), son adresse électronique est la suivante : http://www.sciencedirect.com/science/ journal/03787753. L’éditeur du « Journal of the Electrochemical Society » est l’« Electrochemical Society » (New York). Le colloque Gaston Planté 2000 a été organisé conjointement par la Société française de chimie (250 rue Saint Jacques, 75005 Paris) et la Société française de thermique. Quelques travaux de thèse sont également cités. Les bibliothèques universitaires détiennent les mémoires originaux.
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(2) - VINCENT (C.A.), SCROSATI (B.) - Modern Batteries - (Piles et accumulateurs modernes). p. 340 ; 1997 John Wiley and Sons Inc., NY.
-
(3) - LINDEN (D.) - Handbook of Batteries - (Traité sur les piles et accumulateurs). p. 1149 ; 1994 MacGraw Hill Inc., NY.
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(4) - ATKINS (P.W.) - Éléments...
ANNEXES
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