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Retour sur la journée “Matériaux pour le stockage de l’énergie”

Le stockage de l’énergie est une clef stratégique pour atteindre les objectifs d’une région à énergie positive. Mardi 19 septembre 2017, une soixantaine de personnes, dont la moitié d’entreprises, se sont retrouvées sur le site du Biopark Sanofi pour échanger sur le thème des Matériaux pour le stockage de l’énergie. La journée technologique était organisée par Madeeli, le pôle de compétitivité Derbi et l’Institut Carnot Chimie Balard Cirimat, en partenariat avec Transferts et le pôle européen de la Céramique.

Une douzaine d’intervenants sont venus illustrer le dynamisme de la recherche académique et industrielle dans la région sur 3 volets : le stockage thermique, le stockage électro-chimique et le stockage par conversion en hydrogène. La visite de la société Solvionic a ensuite permis de découvrir ses équipements et savoir-faire dans le domaine de la production de liquides ioniques.

Panorama des enjeux matériaux pour le stockage de l’énergie

Frédéric Favier (Institut Carnot Chimie Balard Cirimat) a dressé un panorama des enjeux matériaux pour le stockage de l’énergie et posé le décor de la journée : l’enjeu du stockage est la transformation des sources d’énergie (mécanique, thermique ou calorique, radiative, nucléaire, chimique) en vecteurs énergétiques (l’hydrogène, la chaleur, l’électricité, les fluides fossiles,…. ) avec la meilleure efficacité possible.

Le stockage de l’énergie recouvre un large panel de technologies et d’usages, permettant d’accorder production et consommation de l’énergie :

  • Le stockage stationnaire, de quelques MW au TW, est utilisé pour la régulation de réseau, la gestion des intermittences, l’autoconsommation : STEP, Air Comprimé, batteries et chaleur. Les investissements sont généralement importants et se font à très long terme (20/30/40 ans).
  • Le stockage mobile, de quelques microW à plusieurs centaines de kW, est utilisé pour l’électromobilité et l’électronique portable. Les technologies (batteries notamment li-ion, supercondensateurs, hydrogène, volants d’inertie…) sont caractérisées par de hautes densités d’énergie en volume et en masse.

Les enjeux matériaux pour le stockage de l’énergie dépendent des usages et sont notamment : la densité d’énergie en volume et en masse, la durée de vie, la fiabilité, la sécurité, le coût…

Stockage thermique

Le stockage thermique regroupe plusieurs types de procédés (stockage de chaleur sensible, de chaleur latente, thermochimique) et différentes technologies/matériaux (fluides caloporteurs, sels fondus, bétons, céramiques, valorisation de déchets). Ce type de stockage est principalement caractérisé par de gros volumes et de faibles coûts.

Un des enjeux forts pour ce volet concerne la disponibilité des matériaux utilisés pour le stockage de la chaleur sensible :

  • les laboratoires PROMES et RAPSODEE travaillent notamment à développer des solutions de substitution aux matériaux usuels (principalement sels fondus à base de nitrates et nitrites), et ont illustré leurs travaux de recherche autour de produits issus de mâchefer d’incinération, de cendres de centrales charbons, de laitiers  sidérurgiques… La présentation était faite par Jean-Jacques Bezian (Rapsodee) et Xavier Py (Promes).
  • Guilhem Dejean de la société ECOTECHCERAM (Rivesaltes, 66) a présenté l’ECOSTOCK, un container qui intègre des céramiques recyclées éco-efficaces, sorte de « pile thermique » qui peut se charger et se décharger. Capacité de stockage : 1 à 3 MWh, puissance entre 200 kW et 1000 KW, pour des gammes de stockage de température de 500 à 1000°C avec des CAPEX les plus faibles possibles.

Stockage électrochimique

Le stockage électrochimique couvre une grande diversité de densité d’énergie et de puissance d’équipements et peut être facilement associé en hybridation. Il regroupe à la fois les batteries (dont Li-ion, métal-hydrure, à flux, microbatteries…), et les supercapacités. Les enjeux de ces technologies concernent à la fois la durée de vie, la recyclabilité, la sécurité, l’efficacité énergétique, la multiplicité des usages… L’enjeu sur les matériaux consiste à augmenter simultanément l’énergie et la puissance.

  • Pierre-Louis Taberna du laboratoire CIRIMAT de l’Institut Carnot Chimie Balard Cirimat a présenté ses travaux en ce sens (carbone nanoporeux ou méso-micro pour supercapacité, matériaux 2D, électrolytes liquides ioniques, électroactifs, …).
  • Le LAAS travaille sur des technologies de microsupercondensateurs, pour des systèmes autonomes énergétiquement dans le cadre d’applications embarquées (du microF à la dizaine de mF). Les travaux portent notamment sur la structuration de l’électrode pour améliorer l’énergie spécifique. Présentation de David Pech.
  • Solvionic, société toulousaine spécialisée en production de liquides ioniques (sels fondus à basse température) a présenté ses activités de développement d’électrolytes pour les marchés principaux des batteries et supercondensateurs. Elle a ouvert ses portes aux participants pour leur faire découvrir ses équipements. La présentation était faite par Sébastien Fantini.
  • Un des enjeux matériaux sur le stockage concerne la recyclabilité. En ce sens, la SNAM (Viviez, 12), acteur de l’économie circulaire en tant que leader européen sur le recyclage de batteries, optimise procédés et combinaison de procédés (mécanique, thermique, hydro-métallurgique) de façon la plus adaptée aux batteries à traiter. Pour optimiser le recyclage des batteries, les enjeux portent notamment sur une meilleure identification des matières, le suivi des évolutions produits et changements de formulation pendant la durée de vie du produit et la séparation des nouveaux assemblages de matériaux. Il semblerait donc opportun de développer les nouveaux produits en intégrant dans le cahier des charges les moyens industriels existants pour le recyclage. La présentation de la SNAM était faite par Gilles Garin.

Hydrogène

Le vecteur hydrogène possède un vrai potentiel de développement du fait d’une forte densité d’énergie, de moyens de production diversifiés, et d’une multiplicité d’usage, pour le transport ou le stockage d’énergie. Différentes technologies/matériaux sont utilisés électrolyse, piles à combustible (PAC), stockage sous pression, hydrure, power to gas, injection dans le réseau de gaz de ville. Les problématiques associées à ce vecteur concernent la sécurisation de l’H2, la durée de vie des technologies (PAC ou électrolyseurs), la disponibilité des matériaux (notamment platine pour les PAC), l’assemblage polymère/membrane/électrode, la gestion des fluides et des températures.

  • Marion Technologies (Verniolle, 09), spécialiste des matériaux nano-structurés et des poudres céramiques, produit notamment des poudres pour la réalisation d’électrodes et d’électrolytes de piles à combustible et d’électrolyseurs. Dans le cadre de projets européens, Marion Technologies travaille spécialement sur les thématiques de la durée de vie des PAC ou sur la mise au point d’électrolyseur haute température. Présentation co-signée Delphine Maury et Christophe Voisin.
  • La société e-Ma (Montpellier, 34) développe une expertise de recherche et synthèse de matériaux pour l’énergie et l’électronique. Elle produit notamment des matériaux à façon (conducteurs anioniques, protoniques, cermets, graphène…) pour les électrolyseurs, les PAC, mais aussi les supercondensateurs et batteries. Ses principaux thèmes de recherche visent la mise au point d’un électrolyseur capable de transformer et valoriser le CO2 grâce à l’énergie solaire, et les supercondensateurs au graphène. E-Ma était présentée par Béatrice Sala.
  • La société Bulane (Fabrègues, 34), présenté par Nicolas Jerez, a mis au point la technologie DYOMIX. Sur la base d’un électrolyseur alcalin, cet équipement permet de produire une flamme hydrogène pour les utilisations de soudure, brasage, découpe. L’approche de Bulane repose sur des électrodes avec films composites polymères/particules pour optimiser la formation d’hydrogène et d’oxygène à leur surface et développer un cœur d’électrolyse le plus petit possible.
  • L’Institut Carnot Chimie Balard Cirimat (Pascal Lenormand et Frédéric Favier) a présenté quelques-uns de ses axes de recherche dans le domaine des piles à combustibles : mise en forme de cellule SOFC par voie sol-gel, désensibilisation à l’utilisation de matériaux critiques (monocouche de platine, métaux non nobles), gestion du compromis performance/stabilité de la membrane, ainsi que la plateforme PACAERO, support de développement des activités de piles à combustibles pour les activités aéronautiques.

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