Le chauffage et le refroidissement des bâtiments représentent une grande partie de la consommation d’énergie mondiale. Des chercheurs de l’Université Texas A&M développent une nouvelle classe de matériaux hybrides qui pourraient contribuer à stocker l’énergie thermique plus efficacement pour une utilisation dans les bâtiments et d’autres technologies.
Ces matériaux, que l’équipe de recherche du département de science et de génie des matériaux appelle salogels, combinent des hydrates de sel inorganiques et des structures polymères. Les hydrates de sel peuvent stocker d’importantes quantités d’énergie thermique, absorbant la chaleur pendant la journée pour la restituer plus tard, lorsque les températures baissent. Ils sont également très résistants au feu. Le principal problème est que, utilisés seuls, ils peuvent fuir et se dégrader au fil des utilisations répétées. L’introduction d’un réseau ou d’une structure polymère en leur sein permet de résoudre nombre de ces difficultés sans sacrifier la capacité de stockage.
« Les salogels représentent une évolution du simple stockage de chaleur vers l’ingénierie de matériaux multifonctionnels qui combinent stockage et conversion d’énergie thermique », a déclaré le Dr Kartik Kumar Rajagopalan, chercheur scientifique à la Soft Matter Facility (SoMF) de Texas A&M. « En comprenant la manière dont les polymères interagissent avec les hydrates de sel à l’échelle moléculaire, nous pouvons commencer à concevoir des matériaux aux propriétés adaptées aux applications énergétiques du monde réel. »
Rajagopalan a dirigé la recherche sous la direction du Dr Svetlana A. Sukhishvili, professeure et directrice de la SoMF. Les travaux ont figuré en couverture de ACS Applied Materials & Interfaces. Le Dr Peiran Wei, responsable des installations de la SoMF et chercheur scientifique principal, est crédité de la conception de l’illustration de couverture — le salogel en forme d’ours en guimauve — pour le numéro du 10 juin de la revue.
Ces travaux s’appuient sur plusieurs années de recherche menées par le groupe de Sukhishvili sur les interactions entre polymères et hydrates de sel. L’une des découvertes majeures est que le réseau polymère a modifié la manière dont les hydrates de sel cristallisent et a contribué à prévenir la surfusion. Ces résultats pourraient éclairer un futur outil d’apprentissage automatique destiné à concevoir de nouveaux matériaux aux propriétés sur mesure.
Au-delà des applications dans le bâtiment, l’équipe explore des usages dans les batteries et l’électronique de régulation thermique, les vitrages intelligents, les revêtements antigivre, les supercondensateurs et les systèmes de conversion d’énergie.
Le financement a été assuré par la National Science Foundation, dans le cadre de son programme Designing Materials to Revolutionize and Engineer our Future. Rajagopalan a indiqué que les prochaines étapes du groupe comprennent l’amélioration de la résistance mécanique des salogels, la réduction supplémentaire de la surfusion, des tests d’impression 3D pour la mise en forme et l’application du matériau à la conversion d’énergie électrochimique.
Par Leon Contreras, Faculté d’ingénierie de l’Université Texas A&M
