L’innovation dans le domaine du stockage d’énergie solaire connaît une évolution significative. Des chercheurs français ont identifié un matériau aux propriétés remarquables, ouvrant de nouvelles possibilités pour l’efficacité des centrales solaires thermiques.
Une équipe de scientifiques du CNRS a mené une étude approfondie sur l’utilisation de l’hydroxyde de lithium (LiOH) comme matériau de stockage de l’énergie thermique dans les centrales solaires. Les résultats obtenus sont particulièrement encourageants : ce composé chimique démontre une capacité de stockage et de restitution d’énergie six fois supérieure aux systèmes conventionnels.
Cette découverte pourrait considérablement augmenter la capacité annuelle des centrales solaires, offrant ainsi une solution potentielle à l’un des principaux défis de l’énergie solaire : son intermittence.
Le contexte de l’énergie solaire et ses enjeux
L’énergie solaire occupe une place centrale dans le paysage des énergies renouvelables. Deux méthodes principales sont employées pour exploiter cette ressource :
1. L’effet photovoltaïque : certains matériaux émettent des électrons sous l’action de la lumière solaire, convertissant ainsi directement l’énergie lumineuse en électricité.
2. L’effet thermique : la chaleur du soleil est concentrée pour produire de la vapeur d’eau, laquelle alimente une turbine générant de l’électricité.
Pour pallier l’intermittence de l’énergie solaire, des dispositifs de stockage sont nécessaires. Ils permettent de fournir de l’électricité même en l’absence de soleil. Cependant, les matériaux de stockage actuels (eau, huiles synthétiques, sels fondus) présentent des limitations en termes de rendement et de durabilité.
Les matériaux à changement de phase (MCPs) représentent une avancée significative dans le domaine du stockage thermique. Leur principe de fonctionnement repose sur l’absorption d’énergie solaire pendant la phase de chauffe, entraînant leur passage à l’état liquide, puis sur la restitution de cette énergie lors du refroidissement et du retour à l’état solide.
Les sels fondus, traditionnellement utilisés comme MCPs, doivent présenter une densité énergétique optimale tout en maintenant leur stabilité sur des milliers de cycles fusion-solidification. C’est précisément dans ce domaine que des améliorations substantielles sont encore possibles.
L’hydroxyde de lithium : des propriétés thermiques exceptionnelles
Une équipe de recherche de l’Institut de mécanique et d’ingénierie et de la Plateforme aquitaine de caractérisation des matériaux a exploré en profondeur les propriétés thermiques et thermodynamiques de l’hydroxyde de lithium (LiOH) en tant que matériau à changement de phase.
Les scientifiques ont analysé sa transformation réversible entre l’état solide et l’état liquide sur un grand nombre de cycles. Les résultats de leur étude révèlent que le LiOH possède des propriétés thermiques remarquables, avec des valeurs de capacité calorifique, de conductivité thermique et de diffusivité qui surpassent largement les données disponibles dans la littérature scientifique.
Le LiOH démontre une capacité de stockage d’énergie volumétrique jusqu’à six fois supérieure à celle des systèmes traditionnels. Soumis à 1000 cycles thermiques, il n’a montré aucune dégradation ni perte d’efficacité. Sa densité énergétique atteint 4,5 GJ/m³, contre seulement 0,76 GJ/m³ pour les sels fondus actuellement utilisés.
L’étude, publiée dans la revue Heliyon Cell Press Journal, met en lumière le potentiel considérable du LiOH comme matériau de stockage thermique. Sa capacité de stockage énergétique supérieure et stable en fait un candidat prometteur pour les systèmes de stockage ultra-compacts de nouvelle génération.
Cette découverte pourrait combler l’écart entre les technologies actuelles et futures des centrales solaires. Toutefois, il reste à évaluer la viabilité économique de l’intégration du LiOH dans des installations à grande échelle.
Article : « Unlocking the power of LiOH: Key to next-generation ultra-compact thermal energy storage systems » – F. Achchaq, S.-C. Moon & P. Legros
Heliyon Juin 2024 / https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e33992
Source : CNRS Chimie
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