Redox Flow Hybride Zinc / Manganese – REDZIM

Dans le scénario actuel de transition énergétique, le stockage de l’énergie à grande échelle de l’énergie nécessite des batteries de faible coût, avec une sécurité importante, une faible maintenance, un nombre de cycles de charge/décharge et une durée de vie calendaire élevés, ainsi que, pour certains services, une puissance élevée. Les batteries Redox Flow (RFB) sont particulièrement bien adaptées pour répondre à ces exigences car elles couvrent une gamme de puissance / énergie allant de quelques kW / kWh à des dizaines de MW / MWh et elles sont conçues pour des périodes de stockage plus longues que celle de la plupart des autres technologies de stockage. Cependant, les coûts d'installation et de maintenance restent les principaux obstacles à la pénétration de ce type de stockage d’énergie sur le réseau. Dans ce contexte, des recherches sur de nouvelles configurations cellulaires, notamment sur l'identification de nouveaux couples redox ainsi que la membrane les séparant, sont encore nécessaires.
Le projet REDZIM a pour but de développer un système Redox-Flow hybride aqueux Zinc/Manganate-Permanganate innovant avec une densité d’énergie volumique 30% plus élevée que les batteries similaires à base de Vanadium (VRFB). Ceci est possible grâce à une tension de décharge particulièrement élevée (1,80V - 40% de plus que celle des VRFB), un catholyte alcalin à très haute densité d’énergie (théoriquement supérieur à 160 Wh/L) et une électrode de zinc massive et poreuse. La densité d’énergie du système peut ainsi atteindre environ 40Wh/L. De plus, le système proposé est également particulièrement respectueux des contraintes environnementales et il ne nécessite que des matières actives abondantes, peu coûteuses et sûres comme le zinc et le dioxyde de manganèse.

Le principe de fonctionnement de ce système Redox flow hybride Zn / Manganate-Permanganate a été vérifié et confirmé par des premiers tests. Cependant, pour atteindre les performances visées, le LPPI, Sunergy et EDF développeront trois éléments clés dédiés à ce système : (1) une anode en zinc poreuse de haute capacité rechargeable (2) une nouvelle cathode stable dans l'électrolyte optimisé à base de permanganate, et (3) une membrane échangeuse d’ions adaptée au couple redox choisi afin de limiter la diffusion du manganèse d’un compartiment à l’autre, phénomène préjudiciable à l'efficacité de la batterie. Ces trois éléments seront ensuite assemblés dans des cellules de 70cm3 et d'une capacité de 10Ah, avec une circulation du catholyte, afin d’évaluer l'énergie, la puissance et la durée de vie des différentes combinaisons de membranes et d'électrolytes. Enfin, à partir de la configuration la plus prometteuse, deux démonstrateurs (avec et sans circulation d'anolyte) de 5V et 10 Ah seront développés et testés comme preuve de concept et pour évaluer l'énergie, la puissance, les interactions intra-cellulaires, et la durée de vie de ce système.

En conclusion, la batterie REDZIM destinée au stockage stationnaire, est particulièrement respectueuse des contraintes environnementales, plus sûre, et fonctionne avec un électrolyte aqueux non toxique. Ce projet rassemble les compétences d’un fabriquant de batterie (Sunergy), un utilisateur final (EDF), et un laboratoire académique (LPPI) parfaitement complémentaires. Les trois partenaires ont déjà montré antérieurement leur capacité à travailler ensemble lors d’un projet ANR (AZTEQUE), et lors de collaborations bilatérales. La réalisation d'un démonstrateur au TRL4 préparera la voie à une démonstration au TRL5 et plus avec un consortium élargi.