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20 oct.

Des matériaux performants pour stocker l'énergie...

Un des leviers connu pour lutter contre le réchauffement climatique est la diminution de nos émissions de CO2. Pour y parvenir une des solutions possibles est de limiter notre consommation d’énergie fossiles (pétrole et gaz). Notre société s’est engagée dans cette voie en développant par exemple des énergies renouvelables ou encore la mobilité électrique. Pour relever le défi climatique, il est cependant indispensable d'accroître l'utilisation de ces technologies. Cela nécessite, entre autre,  l'élaboration de systèmes de stockage d'énergie performants.

Le stockage électrochimique de l’énergie permet de décaler dans le temps la production (panneau solaire fonctionnant le jour) de la demande d’énergie (éclairage la nuit), ou encore d’assurer l’autonomie pour la mobilité électrique (voitures).
Au CIRIMAT, le groupe animé par Patrice Simon travaille sur la mise au point de matériaux pour le stockage électrochimique de l’énergie, utilisés dans les batteries et les supercondensateurs avec l’objectif d’améliorer les performances en énergie (autonomie) et en puissance (vitesse de charge / décharge). Ces travaux sont réalisés avec Patrick Rozier (MCF UPS), Pierre Louis Taberna (DR CNRS), Barbara Daffos (IE UPS ; CDI) et Céline Merlet (CR CNRS).

Les problèmes à résoudre sont multiples, mais ils peuvent se résumer en trois questions :

1) Augmenter les performances en puissance des systèmes de stockages

Les travaux dans ce domaine portent sur la compréhension des phénomènes se déroulant à l’interface matériaux électrolyte, en étudiant plus particulièrement la mobilité des ions dans les structures des électrodes. Le confinement des ions dans les nanopores d’électrodes poreuses a par exemple mis en évidence l’existence d’un état super-ionique qui induit des propriétés de stockage de charges inédites. Un autre aspect est la mise au point de matériaux avec des structures cristallographiques contrôlées permettant des vitesses de diffusion élevées des ions.

2) Augmenter la densité d’énergie

Les batteries Li-ion sont aujourd’hui les plus énergétiques des systèmes rechargeables. Une voie pour augmenter leur densité d’énergie est de mettre au point des électrolytes solides à base d’oxydes métalliques conducteurs d’ions Li+. C’est un défi majeur à relever du fait de la nécessité d’assurer des interfaces électrode solide / électrolyte solide continues et de contrôler la réactivité à ces interfaces car les électrolytes solides ne sont pas stables thermodynamiquement aux potentiels de fonctionnement des électrodes.

3) Nouvelles chimies : au-delà du Li-ion

Même si les batteries Li-ion, vu leur niveau de performances, sont parties pour régner sur le marché pendant de nombreuses années, de nouvelles chimies sont étudiées partout dans le monde pour mettre au point la prochaine génération. Dans le cadre du RS2E, le groupe travaille sur le développement de matériaux pour les batteries Na-ion, principalement sur les électrodes positives à base de matériaux oxydes substitués lamellaires. Même si elles offrent moins de densité d’énergie que les Li-ion, la grande disponibilité du sodium en fait un candidat intéressant pour les applications de stockage stationnaire (énergies renouvelables).
 
 



Patrice Simon est professeur au département de Chimie de la FSI (UPS) et travaille sur les matériaux pour le stockage électrochimique de l’énergie au Centre Inter-universitaire de Recherche et d'Ingénierie des Matériaux (CIRIMAT) - UMR UPS-CNRS 5085. 
Il est directeur de l’Institut de Recherche Européen ALISTORE (FR CNRS 3104, www.alistore.eu) et Directeur-Adjoint du Réseau sur le Stockage Electrochimique de l’Energie (RS2E, FR CNRS 3459, rs2e-energie.com)

Il vient d'obtenir le grand prix Pierre Süe pour ses travaux de recherche.
Ces travaux sont soutenus par le RS2E (www.energie-rs2e.com), l’Europe (ERC Advanced and Starting grants, H2020 Naïades project), l’ANR, la DGA.

En savoir + sur Patrice Simon



Date de mise à jour 22 juillet 2019


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