Améliorer la capacité de stockage des énergies renouvelables

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La nature imprévisible des énergies renouvelables telles que l’éolien et le solaire limite leur essor. Par conséquent, les centrales électriques utilisant des combustibles fossiles restent nécessaires, en raison de leur capacité à générer de l’énergie dans les 10 à 60 secondes suivant leur mise en route. Il faut donc trouver une solution pour combler le fossé entre une énergie renouvelable intermittente et la production d’énergie d’origine fossile, explique Fernand Gauthy, Coordinateur du Projet Energy Caps.

Cette solution nécessite un système de stockage de l’énergie capable de fournir instantanément une grande quantité d’énergie pour assurer un relais parfait entre les énergies renouvelables et les énergies fossiles.

Allonger la durée de vie des systèmes de stockage d’énergie

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Associé à une batterie, le supercondensateur peut absorber des pics de production ou de demande d’électricité à la fois brusques et répétitifs. Il protège ainsi la batterie contre la surchauffe et l’usure prématurée.

Utilisés seuls ou conjointement avec des batteries, les supercondensateurs allongent la durée de vie des systèmes de stockage d’énergie. Ils peuvent être utilisés comme tampons pour récupérer l’énergie du freinage dans un véhicule électrique ou hybride, ou offrir des cycles de charge/décharge rapides pour gérer les pics de production et de demande du réseau électrique.

Les supercondensateurs existants possèdent un ratio poids-énergie très contraignant en termes d’application.  Le principal challenge du projet Energy Capsa été de résoudre ce problème. En combinant leur expertise des batteries lithium-ion (Li-ion) et de supercondensateurs, Solvay et ses partenaires ont entrepris d’étudier la possibilité de combiner ces technologies pour créer un supercondensateur hybride, capable de stocker davantage d’énergie à l’intérieur d’un dispositif plus léger, et constituant par conséquent une solution plus performante et plus écologique.

Lithium Ion Capacitor

Priorité au recyclage

En collaboration avec des partenaires du milieu universitaire et de l’industrie, Solvay a lancé le projet  Energy Caps en décembre 2011. Le projet a mobilisé des chercheurs de la Poznan University of Technology (Pologne), de la Kyiv National University of Technologies and Design (Ukraine)et de Solvay.

Nos partenaires industriels sont la société Yunasko, qui a créé le prototype de supercondensateur Li-ion, et Recupyl, qui a mis au point un processus de recyclage adapté à ces supercondensateurs hybrides. Outre les contributions de Solvay et de ses partenaires, le projet Energy Caps a bénéficié d’un financement de 2 millions d’euros dans le cadre du programme de partenariats et de passerelles entre les entreprises et les universités (IAPP) de l’Union Européenne.

Aux tout premiers stades du projet, l’équipe de chercheurs a décidé de se focaliser sur le développement de nouveaux composants pour le supercondensateur, parmi lesquels les électrodes, un séparateur à base de polymères ultra-performant et une solution électrolytique optimisée. Nous avons également décidé de privilégier les solutions minimisant les coûts et l’impact environnemental.

Les composants individuels mis au point ont d’abord été testés individuellement puis combinés pour obtenir et comparer plusieurs types de supercondensateur hybrides complets à l’échelle laboratoire. Yunasko a ensuite réalisé des prototypes à partir des solutions les plus prometteuses. La recyclabilité de chaque composant a été évaluée de manière approfondie par Recupyl. 

Performances à haute température

Au cours du projet, nous avons mis au point et testé de nombreux composants individuels. Les produits Solvay ont été utilisés pour fabriquer de nouveaux séparateurs, électrodes et électrolytes. Le sel de lithium LiTFSI de Solvay s’est révélé optimal pour l’électrolyte.  Il supporte aisément les températures élevées nécessaires pour réaliser des voitures hybrides économes tout en offrant des performances sportives au-delà de celles des voitures thermiques. La température extrême limite du système (65°-70°) résulte du solvant choisi pour son excellente conductivité. A titre de comparaison, les batteries conventionnelles, limitées par le sel qu’elles utilisent (le LiPF6), commencent à se dégrader à partir de 35°C et sont limitées à 45°C.


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Durant la dernière année du projet, Recupyl a évalué l’impact environnemental de la fabrication et du recyclage de la version finale du supercondensateur Li-ion. Ce dernier peut être recyclé à plus de 50% au moyen d’un processus de recyclage à la fois écologique, économique et sûr.

Le prototype créé par Yunasko a démontré la faisabilité du supercondensateur Li-ion, sa grande sécurité lors de l'utilisation, sa durabilité et sa recyclabilité. Il combine le stockage électrostatique des supercondensateurs et le stockage électrochimique des batteries lithium-ion en un seul et même dispositif. Lors des essais, l’appareil a produit une densité énergétique similaire à celle d’une batterie plomb-acide, avec un temps de charge de seulement une minute. Par rapport à ces batteries, le nombre de cycles "charge/décharge" et la puissance sont améliorés par un facteur supérieur à 100.

Le projet Energy Caps s’est achevé sur des essais concluants du prototype en décembre 2015. Les partenaires cherchent désormais des soutiens commerciaux pour transformer le prototype en un supercondensateur Li-ion entièrement opérationnel, et réaliser ainsi une première mondiale. Il constituera une avancée significative pour les énergies renouvelables et favorisera la création d’un avenir plus durable.