Développement de solutions de stockage solide de l'hydrogène fiables, compactes et performantes en termes de temps de chargement et de rendement énergétique. – SOLHYSTORE

SOLHYSTORE vise à promouvoir le stockage solide de l’hydrogène en mettant en commun les compétences d’une équipe de NEEL reconnue pour son expérience dans le domaine des hydrures métalliques et la vision stratégique développée par la société MINCATEC pour répondre à la demande croissante de solutions de stockage de l’hydrogène à la fois sûres, fiables, compactes et performantes en termes de temps de chargement et de rendement énergétique.
Un premier axe de recherche porte sur la formulation des hydrures métalliques, en vue d’établir des corrélations entre composition et propriétés de sorption. A court terme, il s’agira d’augmenter la pression d’équilibre thermodynamique d’hydrures de type AB2, les composés commercialement disponibles présentant une pression de désorption trop faible pour répondre aux besoins de certaines applications. A moyen terme, l’objectif sera de réduire le coût de production des hydrures qui constitue le principal frein au développement d’une solution de stockage compétitive. A plus long terme, on s’intéressera à de nouveaux hydrures plus performants, et/ou permettant de répondre à des besoins spécifiques en termes d’application.
Un second axe porte sur la stabilité des propriétés de sorption au cours des cycles de charge / décharge. Pour être compétitifs, les dispositifs de stockage doivent pouvoir être soumis à plusieurs milliers de cycles sans dégradation significative de leurs propriétés de sorption. L’objectif sera d’identifier les mécanismes de dégradation des hydrures en fonction des conditions appliquées, de la pureté de l’hydrogène et du taux d’humidité, pour définir des seuils de compatibilité en fonction du nombre de cycles visé.
Un troisième axe de recherche porte sur la gestion thermique des réservoirs. L’absorption d'hydrogène, fortement exothermique, provoque une élévation brutale de température jusqu’à l’équilibre thermodynamique. La poursuite de la réaction est alors conditionnée à l’évacuation de la chaleur dissipée. Pour réduire le temps de chargement, directement corrélé à l’efficacité des échanges thermiques, nous chercherons à augmenter la conductivité thermique effective des hydrures métalliques. La modélisation des échanges thermiques et fluidiques permettra d’identifier les facteurs limitant et d’optimiser la géométrie des réservoirs, le dimensionnement des échangeurs et le débit de fluide caloporteur. Pour être fiables, les modélisations devront s’appuyer sur la mesure de différents paramètres thermiques in situ sous pression d’hydrogène. Les codes seront ensuite validés par confrontation avec le comportement expérimental de réservoirs développés par MINCATEC, pour permettre de disposer de prédictions fiables à échéance de 2-3 ans.
Un quatrième axe porte sur la maitrise de l’expansion des hydrures métalliques engendrée par la dilatation de la maille cristallographique lors de l’absorption d’hydrogène. La variation de volume théorique attendue avec les composés AB2 est de l'ordre de 20%. Cette augmentation est en partie absorbée par la porosité du milieu granulaire, mais peut néanmoins provoquer des contraintes mécaniques importantes sur les parois des réservoirs. Il s’agit d’un point de vigilance essentiel qui impact le taux de chargement et le dimensionnement des réservoirs. Nous chercherons à quantifier et à analyser le comportement mécanique des hydrures en fonction de la composition, du taux de compaction et des additifs introduits pour augmenter la conductivité thermique.
Le dernier axe concerne l’Analyse du Cycle de Vie (ACV). Un premier bilan sera réalisé dès la première année afin d’orienter nos choix et réduire tant que possible la part des matériaux critiques dans les compositions retenues. A plus long terme, nous chercherons à développer des protocoles pour passiver les réservoirs usagers (poudres pyrophoriques), ou régénérer des hydrures métalliques qui auraient été dégradés, afin de permettre une économie circulaire des réservoirs développés par MINCATEC.