Nouvelles batteries à circulation de suspensions aqueuses solide-liquide ‘tout vanadium’ pour la conversion et le stockage des énergies renouvelables – V-S-L

Ce PRC concerne les batteries redox à circulation utilisées pour la conversion (sous forme chimique), le stockage, et la restitution (sous forme électrique), des énergies renouvelables. Fondé sur les connaissances acquises dans les domaines du vanadium V tout-liquide et du lithium semi solide, ce projet introduit un tout nouveau concept: la batterie redox à circulation "tout V aqueux, Solide (sels cristallisés de V)-Liquide (sels dissous de V) : VSL-RFB" ; il vise à surmonter les limites de la batterie vanadium tout-liquide i.e. la ‘faible’ solubilité (donc faible énergie stockée ~ 40 kWh/m3), par des actions scientifiques et technologiques permettant : i) d'apporter de nouvelles connaissances dans le domaine, ii ) de concevoir, élaborer et optimiser une VSL-RFB d’une puissance de 100 W.

Les actions à mener consistent:
- à élaborer et caractériser des suspensions ‘circulantes’ concentrées (> 500 g/L de V élément), afin d’en réduire le volume stocké (~ 6 fois) et d’en augmenter l'énergie stockée (>300 kWh/m3),
-à introduire un additif nanométrique conducteur (noir de carbone KB) dans la formulation, en vue de créer: a) une percolation électronique dans le volume, (S électrochim. = 5×Sgeom.), b) des sites catalysant la dissolution/précipitation D/C des sels de V,
-à intensifier le réacteur électrochimique en:
a) optimisant sa géométrie, la forme et la structure des compartiments électrolytiques permettant de contrôler la rhéologie de la suspension (fluide non newtonien) et en évitant les zones mortes (répartition uniforme des temps de séjour),
b) mettant en œuvre de collecteurs électroniques tri-dimensionnels (plaques poreuses ou rainurées, mm/µ-métriques) permettant d'augmenter la surface électrochimique (5×Sgeom).
La densité de courant attendue est de 2 kA/m², contre 0.6kA/m² pour le V-tout liquide.

Le projet est structuré en 2 parties, chacune constituée de 2 tasks, chaque task étant sous la responsabilité d’un partenaire ayant l’expertise scientifique dans le domaine considéré.
Les Tasks 1 et 2, à caractère fondamental, consistent à caractériser les suspensions utilisées. La task 1, sous la responsabilité de NAVIER/Coussot, focalise sur les caractérisations rhéologiques et électrochimiques des formulations V+KB, et vise à proposer les lois correspondantes. Spécifiquement seront traités: a) l'élaboration des suspensions, b) leur comportement rhéologique en géométrie définie, c) l'étude de leurs propriétés électrochimiques.

La task 2, sous la responsabilité de LGC-INPT/Biscans, étudie la cinétique de changements de phases des diverses espèces du vanadium i.e. D/C; Il s’agit de comprendre les mécanismes et de définir les lois correspondantes. L’effet du KB sur la vitesse de D/C dans le réacteur sera aussi abordé.
La 2ème partie traite des actions plus technologiques et innovantes: La Task 3, sous la responsabilité du LGC/UTIII-PS/Tzedakis, vise à concevoir et à optimiser un module de réacteur électrochimique, puis à construire un prototype de batterie de 100 W; La task 4, sous la responsabilité du LEPMI/Bultel, se concentre sur la modélisation des compartiments électrolytiques afin d'accéder aux profils de concentration des espèces du V et la densité de courant dans le réacteur.

La stratégie choisie pour réaliser ce projet comporte deux points:
-Le traitement complet de l'ensemble des parties du processus de conversion de l’énergie i.e. le fonctionnement de la VSL-RFB, ce qui amène naturellement au choix d’un consortium multidisciplinaire et aux compétences complémentaires.
- La structuration du squelette du projet consistant à mélanger les diverses Tasks permet (en plus des réunions prévues) une grande interactivité et facilite les échanges entre les membres impliqués. Ce projet s’étend sur 42 mois, fait intervenir un équivalent de 247,5 personnes / mois, pour un demande financière de 606.4 k € sur un budget total de 1,8 M €.