Batteries à hydrogène : une alternative prometteuse pour le stockage d'énergie
Alors que la transition énergétique s’accélère, le stockage efficace de l’électricité produite par les sources renouvelables intermittentes devient un enjeu majeur. Si les batteries lithium-ion restent incontournables, d’autres technologies comme les batteries à hydrogène suscitent un vif intérêt. Bien qu’encore émergentes, elles promettent des performances intéressantes pour les applications stationnaires de stockage massif d’énergie.
Principe de fonctionnement
Une batterie à combustible réversible
Une batterie à hydrogène est en fait une batterie à combustible réversible, capable de fonctionner à la fois en mode décharge (production d’électricité) et en mode charge (stockage d’énergie). Son fonctionnement repose sur les réactions d’oxydoréduction entre l’hydrogène et l’oxygène de l’air.
En décharge, l’hydrogène est oxydé à l’anode en libérant des électrons qui alimentent un circuit électrique externe, tandis qu’à la cathode, l’oxygène est réduit en captant ces électrons. Le produit final est de la vapeur d’eau.
En charge, le processus est inversé grâce à un apport d’énergie électrique. L’hydrogène est alors produit par électrolyse de l’eau et stocké pour être utilisé ultérieurement.
Différentes architectures
Il existe deux grandes familles de batteries à hydrogène selon la nature de l’électrolyte utilisé :
- Les batteries à membrane échangeuse de protons (PEMFC) sont les plus développées. Leur électrolyte polymère ne conduit que les protons H+. Elles fonctionnent à basse température (80°C).
- Les batteries à oxyde solide (SOFC) utilisent un électrolyte céramique conducteur d’ions oxydes O2-. Elles nécessitent des températures élevées (600 à 1000°C) pour une meilleure conduction ionique.
Avantages et défis
Forte densité énergétique
Les batteries à hydrogène offrent une densité énergétique massique théorique de l’ordre de 600 Wh/kg, soit près du double de celle des batteries lithium-ion. Combinée à un temps de recharge très rapide par simple remplissage du réservoir d’hydrogène, cette densité d’énergie élevée les rend particulièrement séduisantes pour le stockage massif d’électricité.
Durabilité et rendement
Avec une durée de vie estimée entre 10 000 et 20 000 cycles selon les technologies, ces batteries sont conçues pour une grande longévité. Leur rendement énergétique de conversion peut aussi atteindre 60% selon les conditions.
Absence de métaux rares
Contrairement aux batteries Li-ion, ce système ne requiert aucun métal rare ou critique pour fonctionner. Seul le catalyseur à la cathode (généralement du platine) peut s’avérer coûteux pour certains modèles.
Défis technologiques
Malgré leur potentiel, plusieurs défis techniques freinent encore l’essor des batteries à hydrogène :
- La gestion sûre du stockage de l’hydrogène, un gaz explosif
- Le coût et l’usure des catalyseurs comme le platine
- L’optimisation générale des composants pour maximiser leur durée de vie
- La recherche de nouveaux électrolytes plus performants et économiques
Exemples d’applications
Stockage stationnaire
Actuellement, les principales applications concrètes de ces batteries visent le stockage stationnaire d’énergie électrique à grande échelle, permettant de compenser les fluctuations des énergies renouvelables (éolien, solaire).
Plusieurs démonstrateurs existent déjà dans le monde, à l’image de la centrale expérimentale de 1 MW mise en service en 2022 à Sinai (Égypte) par le groupe Électricité de France. À Hawaï, la société Horizon construira en 2025 la plus grande installation de batterie hydrogène au monde avec 185 MWh de capacité pour stabiliser la production éolienne et solaire de l’île.
Résidentiel et mobilité
À plus petite échelle, des systèmes de batteries domestiques permettront dans un avenir proche de stocker l’électricité d’origine renouvelable pour l’autoconsommation. La start-up britannique Ceres Power développe notamment des solutions résidentielles à piles SOFC couplées à des panneaux solaires.
L’aéronautique exploite aussi le potentiel de cette technologie. Airbus expérimente actuellement des batteries H2 pour alimenter les systèmes auxiliaires de ses avions, avec un objectif de réduire les émissions des futures générations d’avions.
Navettes spatiales
Dans le secteur spatial, la NASA étudie des batteries H2 régénératives pour alimenter ses futures missions habitées vers Mars. Ces systèmes combineraient stockage énergétique, production d’eau et retraitement des déchets organiques. Un prototype fonctionne déjà sur la Station Spatiale Internationale.
Des sociétés proposent des batteries de stockage à hydrogène
Même si de nombreux défis techniques persistent avant une généralisation à grande échelle, les batteries à hydrogène soulèvent un engouement croissant. Grâce à leurs caractéristiques prometteuses en matière de stockage massif d’énergie durable, elles apparaissent comme une option séduisante pour faciliter le déploiement des renouvelables et la transition vers un avenir bas-carbone, et quelques sociétés proposent des batteries de stockage à hydrogène.
Une batterie hydrogène résidentielle de 327 kg pour 4Kw .
LAVO vient de dévoiler la première batterie domestique à hydrogène. Baptisée LAVO Green Hydrogen Battery, elle offre une capacité de stockage de 4 kWh et permet d’alimenter une maison en électricité pendant une semaine sans raccordement au réseau pour un prix de 27 000€. Rechargeable grâce à des réservoirs d’hydrogène, cette solution propose une alternative verte et durable aux batteries conventionnelles pour le stockage d’énergie solaire ou éolienne à domicile.
Ultapure, la batterie H2 résidentielle française
L’entreprise française H2Gremm développe Ultapure, une batterie hydrogène vert pour le stockage résidentiel, de la taille d’un réfrigérateur américain. Alimentée en H2 produit localement par électrolyse de l’eau, elle délivre jusqu’à 10 kWh d’électricité sur une longue durée. Ultapure vise à permettre l’autonomie énergétique des foyers couplée à des panneaux solaires. Cette solution innovante et durable de stockage par hydrogène vert sera commercialisée d’ici 2025.
Picea dévoile une méga-batterie hydrogène résidentielle
La start-up américaine Picea Home Power Solutions vient de présenter son nouveau système de stockage d’énergie à grande capacité pour les particuliers. Baptisé HOME175, il s’agit d’une batterie hydrogène de 1500 kWh, capable d’alimenter une maison moyenne pendant près d’un an sans être reliée au réseau. Rechargeable à l’hydrogène vert, cette solution massive de stockage résidentiel par pile à combustible hydrogène vise à répondre aux besoins énergétiques des foyers souhaitant l’autonomie complète.
PhotonCycle, batterie H2 solide résidentielle de 10.000 kWh
La start-up suisse PhotonCycle a développé une batterie domestique révolutionnaire à hydrogène solide. D’une capacité record de 10.000 kWh, elle permet de stocker l’équivalent d’un an de production d’électricité solaire pour une maison individuelle. Fonctionnant grâce à un composé d’hydrure métallique sûr, ce système massif de stockage longue durée vise à assurer l’indépendance énergétique complète des foyers équipés de panneaux photovoltaïques. Sa commercialisation est prévue en 2026.