Transformation, stockage, transport et distribution - CEA

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Pour pallier ce problème, le réacteur à circulationdéveloppé au LSE est de configuration mono polaire,avec des électrodes traversantes en carbone de structureen nid-d’abeilles décrites dans un brevet du CEA.De nombreux prototypes d’électrode, obtenus parcalcination d’une structure en résine, ont permis dedémontrer la faisabilité du procédé.Un prototype de réacteur a été réalisé par l'équipe duLSE d’après le schéma de principe proposé à la figure 2,puis assemblé dans un système. Les premiers essaisde charge-décharge et les mesures de spectroscopied'impédance électrochimique ont montré que lescaractéristiques électriques du prototype de batteriesont appropriées pour les applications solaires raccordéesau réseau et stationnaires. Cependant, les performancesdu système sont encore limitées en raison dela géométrie non optimisée du réacteur et des besoinsd’amélioration de la stœchiométrie de réaction.> Marion PerrinInstitut Liten (Laboratoire d’innovationpour les technologies des énergies nouvelleset les nanomatériaux)Direction de la recherche technologiqueCEA Grenoble (Site Ines)part, d’optimiser les solutions technologiquesen cours ou en fin de développement.Une fois les essais abusifs réalisés,l’optimisation passe notamment par lamise au point de nouveaux matériaux etpar le design de packagings sécuritairesEssai mécanique de perforation (test au clou).La perforation d’un accumulateur est réaliséeavec une pointe métallique qui traversede part en part l’élément. Cet essai simuleun court-circuit interne de la batterie.CEA/DAMintelligents. Le Laboratoire des matériauxpour les batteries (LMB) du Liten met ainsien œuvre de nouvelles chimies « sécuritaires» via la synthèse de nouvelles matièresactives d’électrodes positive et négativeet d’électrolyte sécuritaire, et le développementde séparateurs innovants. Enpartenariat avec l’Institut Leti (Laboratoired’électronique et de technologie de l’information),le Liten travaille également surde nouvelles architectures électriques dupack batterie permettant de le reconfigurerdynamiquement.Une plateforme pour testerles batteriesLa DAM et la DRT œuvrent à la mise en placed’une plateforme de tests de sécurité pourbatteries lithium afin d’améliorer les performancesdans ce domaine. Cette plateforme,implantée sur le site du Ripault, est opérationnelledepuis janvier 2013. Il s’agit d’unbâtiment merlonné (1) de 300 m 2 , composé detrois locaux indépendants qui permettront detester les différentes gammes de puissancedes batteries aux trois principaux types desollicitations demandées : électriques, thermiques,mécaniques, ou combinés. Cetteinstallation sécurisée possède un poste decommande déporté équipé de matérielsd’enregistrement et de dispositifs de pilotagede matériels, de mesures et de vidéos.À terme, le CEA sera en mesure de se positionnersur la garantie de sûreté des technologieslithium en déclinant la démarchesimulation mise en œuvre pour les objetsde la DAM. Par exemple, il n’existe pas deprévision de performances des matériauxet des architectures pour simuler ce queserait le comportement d’une batterie en(1) Merlon : levée de terre placée à proximité dubâtiment pour atténuer, sur le voisinage, les effetsde projections et d’incendies.Essai électrique de court-circuit. Le court-circuitest provoqué en mettant en relation le pôle positifet le pôle négatif d’un accumulateur à l’aide d’unconducteur métallique de résistance négligeable.Cet essai simule un court-circuit externe.environnement accidentel. L’approcheest, pour l’instant, essentiellement expérimentale.Dans un avenir proche, il seraitintéressant de proposer une démarchesimulation permettant d’apporter unemeilleure garantie de fiabilité, de sûreté et defonctionnement basée sur une composantemodélisation et une composante expérimentale.Cela nécessitera un renforcementde l’expertise post mortem des batteries et dela modélisation des phénomènes physiquesafin de simuler le comportement prédictifde tels objets soumis à des environnementsaccidentels.> David Descarsin 1et Johann Lejosne 21 Département des explosifsDirection des applications militairesCEA Centre du Ripault2Institut Liten (Laboratoire d’innovationpour les technologies des énergiesnouvelles et les nanomatériaux)Direction de la recherchetechnologiqueCEA Centre de GrenobleCEA/DAMCLEFS CEA - N° 61 - PRINTEMPS 201363
Transformation, stockage, transport et distributionAvec la montée en puissance des énergies renouvelables appelées à prendre une placeimportante dans le mix énergétique, le vecteur hydrogène apparaît comme un outil « tampon »adapté pour compenser l’intermittence de sources d’énergie telles que le solaire et l’éolien.Les technologies de production propre et de stockage de l’hydrogène développées devenantde plus en plus matures, des premières expérimentations ont été lancées, avec notammentla plateforme MYRTE installée en Corse. Dans ce démonstrateur couplé au réseau, de l’hydrogèneest fabriqué à partir d’électricité, stocké et reconverti en électricité selon les besoins, de façon àgérer les fluctuations de puissance de l’énergie photovoltaïque et, par conséquent, d’équilibrerl’offre et la demande. Cette expérimentation « grandeur nature » va permettre de tester différentesfonctions de stockage et de mettre au point des stratégies de gestion de l’énergie. L’hydrogèneconstitue ainsi un vecteur énergétique alternatif pertinent susceptible de compléterefficacement le vecteur électricité. Plus qu’un simple vecteur, il peut aussi être utilisé commemoyen de stockage de l’énergie, ce qui donne une autre dimension à la filière hydrogène.L’hydrogène, un vecteurénergétique inépuisableLe stockage de l'hydrogèneL'hydrogène, vecteur stockable de l'énergie, est envisagé pour deux types d'applicationsmajeures : le stationnaire pour la valorisation des énergies renouvelables, et la fournitured'énergie pour des systèmes embarqués. Le CEA développe différentes solutions destockage de l’hydrogène, que ce soit sous sa forme gazeuse ou solide, répondant auxexigences de compacité, légèreté, sûreté et coûts. Si le stockage à basse pression etle stockage solide dans les hydrures semblent privilégiés pour le stationnaire, plusieurstechnologies sont en concurrence pour les transports.Réservoir de stockagede l'hydrogène dansun hydrure dit bassetempérature TiFeMn.La désorption se fait grâceà la chaleur fournie parla pile à combustible. Ceréservoir a été développépar l’Institut Liten/DTBHpour une applicationagricole avec le groupeMassey Ferguson – AGCO.Un module comme celuiprésenté peut stocker2 kg d'hydrogène en30 minutes à seulement30 bars. On atteintla même capacitévolumique qu'un réservoirà 700 bars.P. Avavian/CEAIl existe aujourd'hui trois technologies principalesde stockage de l'hydrogène pur. L'objectif est d'obtenirune bonne compacité du système de stockage.Dans les conditions normales de température et depression (CSTP : 1 bar, 20 °C), l'hydrogène occupeun volume de 333 L/kWh, contre 0,1 L/kWh pourl’essence. Il est donc impératif de gagner en volume.Le premier moyen pour y parvenir est de comprimerle gaz. Cette technologie est préconisée pour l’automobile.À 700 bars, l'hydrogène occupe un volumede 0,47 L/kWh. Une autre manière de gagner encompacité est de le liquéfier, ce qui exige de le refroidiren-dessous de 20,3 K (- 252,8 °C). À ce moment,l'hydrogène occupe un volume de 0,38 L/kWh.Enfin, le troisième mode de stockage dit « stockagesolide » consiste à se servir d'un matériau qui absorbel'hydro gène. Les atomes d'hydrogène qui pénètrentla maille cristalline d'un matériau « s'hydrurant » setrouvent plus proches que sous sa forme gazeuse oumême liquide. Par exemple, pour certains matériauxabsorbant l'hydrogène, le volume occupé peut seréduire à 0,25 L/kWh dans les conditions normales.D’où l'intérêt de ce mode de stockage qui bénéficied'une très bonne capacité volumique, avec cependantdes capacités massiques faibles, puisque la masse du64CLEFS CEA - N° 61 - PRINTEMPS 2013
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