Un composé au lithium pour stocker efficacement l’énergie solaire

L’énergie solaire occupe une place prépondérante dans le paysage des énergies renouvelables. Deux grands principes permettent de valoriser cette ressource. L’effet photovoltaïque utilise la capacité de certains matériaux à émettre des électrons sous l’effet de la lumière du soleil qu’ils convertissent en électricité. L’effet thermique consiste quant à lui à concentrer la chaleur émise par le soleil et l’utiliser pour fabriquer de la vapeur d’eau et générer de l’électricité via une turbine.

Pour cette technologie, les dispositifs de stockage permettent de bénéficier d’électricité lorsque le soleil n’est pas présent et contourner ainsi le caractère intermittent de l’énergie solaire.  Plusieurs matériaux de stockage existent (eau, huiles synthétiques, sels fondus…), mais leur rendement et leur pérennité sont encore trop faibles.

Les matériaux les plus prometteurs sont des matériaux dits « à changement de phases » (MCPs). Ils absorbent l’énergie solaire lors de la période de chauffe en passant à l’état liquide (journée) et la restituent en refroidissant pour passer à l’état solide (nuit, ciel nuageux…).  Ces changements d’état permettent de capter, stocker et restituer une quantité importante d’énergie thermique. Les matériaux traditionnellement utilisés sont des sels fondus qui doivent présenter la meilleure densité énergétique possible (quantité d’énergie absorbée et restituée par unité de volume de matière) tout en étant stables durant plusieurs milliers de cycles fusion-solidification. Et c’est précisément là où la marge de progrès reste importante.

Dans ce contexte, une équipe de l’Institut de mécanique et d’ingénierie (CNRS/Université de Bordeaux) et de la Plateforme aquitaine de caractérisation des matériaux (CNRS/Université de Bordeaux) a exploré les propriétés thermiques et thermodynamiques de l’hydroxide de Lithium (LiOH) comme matériau à changement de phase. Les scientifiques ont analysé sa transformation réversible entre l’état solide et l’état liquide sur de très nombreux cycles. Leur étude montre que le LiOH se distingue par des propriétés thermiques exceptionnelles, avec des valeurs surprenantes de capacité calorifique, de conductivité thermique et de diffusivité qui contrastent avec les rares données disponibles dans la littérature. Ces résultats montrent que le LiOH peut stocker jusqu'à six fois plus d'énergie volumétrique que les systèmes traditionnels. Testé sur 1000 cycles thermiques sans dégradation ni perte d’efficacité, le LiOH permettrait d’atteindre une densité énergétique de 4,5 GJ/m³ contre 0,76 GJ/m³ pour les sels fondus utilisés actuellement.

Cette étude^*, publiée dans la revue Heliyon Cell Press Journal, met en lumière le potentiel du LiOH comme matériau de stockage thermique grâce à sa capacité de stockage énergétique supérieure très stable. Ce matériau se révèle être un candidat prometteur pour les systèmes de stockage ultra-compacts de prochaine génération, comblant ainsi l'écart entre les technologies actuelles et futures des centrales solaires. Reste à présent à évaluer la viabilité économique de son intégration dans des installations de grande envergure.

*Soutenue par les programmes PEPS de la Cellule Energie du CNRS et Pré-Maturation-Maturation de l’Université de Bordeaux avec l’ANR, l’étude a d’ores et déjà été primée par le consortium national français ExTASE de France 2030. Les premiers résultats ont fait l’objet d’un dépôt de brevet par la Société de Transferts de Technologie Nouvelle-Aquitaine avec l’Université de Bordeaux et ses tutelles (CNRS, Arts et Métiers, INRAE et INP Bordeaux).

Rédacteur : AVR