Composés péritectiques pour le stockage compact de l'énergie thermique à haute température – Pc2TES

Pc2TES vise à développer un nouveau type de matériaux à fort potentiel pour le stockage compact et à faible coût de l'énergie thermique (TES) à haute température. La proposition est basée sur une idée novatrice qui consiste à utiliser des composés chimiques formés lors de transitions péritectiques. Le terme péritectique fait référence à des réactions chimiques dans lesquelles une phase liquide (L) réagit avec au moins une phase solide (a) pour former une nouvelle phase solide (ß). La réaction est réversible et a lieu à température constante. La phase péritectique formée (a) peut être soit une solution solide, soit un nouveau composé stoechiométrique. Dans de tels matériaux, l'énergie thermique est stockée par deux processus consécutifs: un processus de solidification/fusion non-congruent et une réaction chimique liquide-solide. Lors du refroidissement (procédé de décharge), la phase pro-péritectique ß(s) commence à nucléer une fois que la phase liquide atteint la température de liquidus, puis elle croit jusqu'à ce que la température péritectique est atteinte. A ce stade, la phase liquide réagit avec le solide ß(s) pour former le péritectique a(s). Lors du chauffage (processus de charge), le solide a se décompose à la température péritectique donnant une phase liquide et le solide ß qui fondra ensuite.

A notre connaissance, cette idée n'a jamais été proposée auparavant et aucune équipe au monde est en train de l'explorer. Elle fait suite à des recherches préliminaires menées récemment par le partenaire 1 (I2M) et pourrait conduire à une technologie TES avec des performances plus élevées et des coûts inférieurs à ceux des technologies couramment utilisés ou en cours de développement. La proposition sera axée sur la gamme de température de 300-600 °C, ce qui permet de couvrir un large spectre d'applications significatives. Par rapport à l'état de l'art dans TES à haute température, les principaux avantages attendus de l'utilisation de composés péritectiques sont les suivants:

COMPACITE. La densité energétique fournie par la réaction solide-liquide conduisant au composé péritectique se situe dans l'intervalle de 200 à 400 kWh/m3 dans de nombreux cas, alors qu'elle peut être aussi élevé que 400-650 kWh/m3 lorsque l'énergie associée à la fusion/solidification du solide pro-péritectique est ajoutée. Ces valeurs sont comparables (voire plus élevées) à celles des réactions gaz-solide à l'étude dans le monde, ce qui fait des peritectics une solution attrayant pour des applications de stockage massif.

TECHNOLOGIE SIMPLE. Contrairement à des réactions gaz-solide, dans lequel les réactifs chimiques doivent être séparées, la phase liquide et la phase solide impliqués dans la formation péritectique se séparent et se recombinent par eux-mêmes. En outre, le matériau de stockage fonctionne à pression atmosphérique aussi bien en charge et que en décharge. Par conséquent, la technologie des systèmes de stockage associée sera simple, telle que celle des systèmes de type tube et calandre.

COUT. Le coût d'investissement (ainsi que ceux de fonctionnement et d'entretien) sera donc beaucoup plus faible que celle des technologies basées sur des réactions solide / gaz. En outre, comme la densité énergétique attendue est beaucoup plus élevée que celle des matériaux à changement de phase actuellement utilisés, le coût d'investissement devrait être inférieur à celui des technologies de stockage par chaleur latente et probablement proche de celui des systèmes de stockage de chaleur sensible à bas coût.

Pour résumer, les composés péritectiques pourraient conduire à des solutions de stockage thermique regroupant les avantages des technologies actuellement utilisées ou étudiées tout en évitant leurs inconvénients respectifs.