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Solar Energy Storage PERovskites

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Éclairer la voie pour une révolution solaire

Des chercheurs espagnols et américains identifient un matériau qui pourrait rendre l’énergie solaire disponible à toute heure du jour ou de la nuit.

Énergie

Un groupe de chercheurs espagnols et américains pense avoir identifié un matériau qui pourrait permettre à l’énergie solaire d’être disponible dans le futur à toute heure du jour ou de la nuit et à un coût inférieur à celui des technologies de batteries électriques. Grâce au soutien d’une bourse Marie Skłodowska-Curie, la chercheuse Emanuela Mastronardo a criblé 24 pérovskites, des matériaux ayant la même structure cristalline que l’oxyde de calcium et de titane minéral. Après en avoir sélectionné un comme meilleur candidat pour stocker l’énergie solaire à haute température, elle a effectué avec succès des essais de réacteur à l’échelle du laboratoire. «Les résultats sont incroyablement encourageants», déclare Emanuela Mastronardo, qui a été supervisée pendant le projet SESPer par Juan M. Coronado au Conseil national espagnol de la recherche. Elle a co-écrit un article dans le «Journal of Materials Chemistry A» pour partager ses résultats. Emanuela Mastronardo a choisi de se concentrer sur les pérovskites, car elle pense qu’elles sont essentielles pour fournir une nouvelle génération de centrales solaires à concentration (CSP) qui convertiront plus efficacement la chaleur en électricité et stockeront et fourniront de l’énergie à la demande lorsque le soleil est absent en utilisant des systèmes de stockage d’énergie thermique. «Il existe des arguments convaincants en faveur de la conception de systèmes de stockage de chaleur à haute température», explique-t-elle. «Les pérovskites sont parfaitement adaptées à un fonctionnement dans les conditions de ces futures centrales en raison de leur stabilité thermique et de leur réactivité.»

Échantillonnage de la croûte terrestre

Jusqu’à présent, de nombreuses recherches sur les types de pérovskites se sont concentrées sur celles contenant des terres rares, ce qui en fait des candidats coûteux pour une utilisation à grande échelle. C’est pourquoi Emanuela Mastronardo et une équipe de cinq chercheurs ont choisi d’étudier des éléments abondants dans la croûte terrestre, trouvant une combinaison de calcium, de fer et de manganèse appropriée. Les chercheurs ont mesuré sa capacité de stockage de chaleur à l’aide de 500 mg, puis ont effectué des tests en réacteur sur environ 50 g de ce matériau. «Les tests du réacteur à l’échelle du laboratoire ont été couronnés de succès», déclare Juan M. Coronado. «Le matériau a montré la même capacité de stockage de chaleur lorsqu’il fonctionnait à l’échelle du gramme dans un réacteur plus réaliste que lorsqu’il était mesuré à une échelle beaucoup plus petite dans les essais initiaux pour déterminer les propriétés thermodynamiques.» «C’est très prometteur pour la conception et le développement futurs des centrales solaires», ajoute-t-il.

La puissance du stockage thermochimique

Le financement de l’UE a permis à l’équipe de spécialistes du CSIC du stockage thermochimique (TCS) de la chaleur de s’associer avec des ingénieurs solaires de l’IMDEA Energy Institute, en Espagne et de la Northwestern University, aux États-Unis, qui a apporté l’expertise et l’équipement supplémentaires nécessaires pour développer les pérovskites. La prochaine étape pour la pérovskite identifiée destinée à une utilisation commerciale dans les centrales solaires serait de poursuivre les tests dans des applications réelles à une échelle de plusieurs centaines de grammes, puis de tonnes du même matériau. La stabilité du matériau devrait être testée pour voir s’il peut résister à plus de 1 000 cycles, après avoir résisté à 80 heures dans le cadre du projet SESPer. Cependant, Emanuela Mastronardo et Juan M. Coronado sont déjà optimistes sur le fait que le matériau a le potentiel de fournir des systèmes TCS beaucoup plus puissants au marché, révolutionnant ainsi le secteur de l’énergie. «Nous prévoyons que cette technologie arrivera sur le marché au cours de la prochaine décennie», ajoute Juan M. Coronado. «Les systèmes TCS contribueraient largement aux objectifs verts de l’Europe en rendant l’énergie solaire disponible à tout moment et à un coût inférieur à celui des technologies de batteries électriques.»

Mots‑clés

SESPer, systèmes de stockage d’énergie thermique, énergie solaire à concentration, pérovskites, énergie à la demande

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