Des nanotubes de carbone alignés pour le stockage de l’énergie Mathieu Pinault (NIMBE/LEDNA)

Pour répondre aux enjeux de la transition énergétique, les chercheurs du NIMBE (LEDNA) développent au sein d’un laboratoire commun (Collab. Universités de Cergy-Pontoise et de Tours, société NAWATechnologies) une génération innovante de dispositifs de stockage électrique. Les supercondensateurs développés présentent une densité d’énergie et de puissance élevée et sont rechargeables en quelques secondes. Ils sont notamment très pertinents pour de nouveaux usages dans les secteurs du transport et des réseaux intelligents.

Les matériaux d’électrodes développés sont basés sur l’utilisation de tapis de nanotubes de carbone alignés perpendiculairement à la surface d’un collecteur de courant (VACNT). Afin de franchir une étape supplémentaire vers la préparation d’électrodes plus adéquates pour un développement industriel, nous avons développé la croissance directe de VACNT sur des feuilles d’aluminium (figures (a)-(b)-(c)) par réduction significative de la température de croissance, nécessitant l’utilisation d’acétylène qui est une source de carbone plus adaptée à basse température (~ 600°C). Les vitesses de formation des VACNT sont supérieures à l’état de l’art mondial pour des méthodes comparables, et les densités en NTC élevées permettent d’envisager une utilisation en tant qu’électrodes innovantes de supercondensateurs (figure (d), thèse Fabien Nassoy).

Cette avancée majeure sur la croissance efficace de VACNT denses sur des substrats métalliques d’intérêt industriel ouvre la voie au développement de supercondensateurs sécurisés, légers, de haute énergie/forte puissance pour application en environnements sévères (projet ANR ASTRID Maturation en cours), et plus récemment à un couplage avec la thermoélectricité (collaboration avec le SPEC). En complément de ce large panel d’études à visée applicative, des études plus fondamentales sont indispensables pour aller plus loin dans les performances. En ce sens, la compréhension des mécanismes de croissance des VACNT mis en jeu dans ces domaines de température, et le développement d’électrodes positives performantes à partir de NTC et polymères conducteurs dopés, font actuellement l’objet de deux thèses.

Caloduc oscillant : bientôt dans l’espace Vadim Nikolayev (SPEC/SPHYNX)

La gestion thermique des composants électroniques embarqués sur un satellite terrestre, habité ou non, est un défi majeur car l’écart de température entre son côté tourné vers le Soleil et le côté opposé est typiquement de 200 K. Pour évacuer des puissances thermiques toujours plus grandes, des dispositifs de transfert de chaleur de plus en plus efficaces sont recherchés. Le caloduc oscillant (Pulsating Heat Pipe, PHP) est un appareil bien adapté pour cet usage. C’est un unique tube capillaire sans structure interne, plié en méandre et bouclé sur lui-même (figure). Le PHP renferme un fluide diphasique sous la forme d’un train de bouchons liquides séparés par des bulles de vapeur. Une partie du méandre est en contact thermique avec un point chaud, l’autre, avec un point froid. En résulte une oscillation chaotique spontanée des bouchons liquides qui engendre un échange de chaleur, non seulement par évaporation-condensation (chaleur latente), mais aussi par convection.

Depuis 2007, le CEA étudie le PHP à la fois expérimentalement et théoriquement. Un code de simulation, CASCO (Code Avancé de Simulation de Caloduc Oscillant), a été développé au SPEC pour dimensionner le PHP. Cette étude s’inscrit à plus long terme dans le cadre du projet « Space PHP » de l’ESA (Agence Spatiale Européenne) qui a pour objectif de tester le PHP (figure) à bord de la Station Spatiale Internationale (ISS). Les Européens seront ainsi les deuxièmes, derrière les Japonais, à mettre un PHP sur orbite. L’idée de ce projet est de profiter de l’apesanteur pour pouvoir utiliser un tube d’un plus grand diamètre (qui deviendra un capillaire en apesanteur) et ainsi réduire les pertes d’énergie par frottement visqueux.

Directeur de la publication : M. Soyer – Comité de rédaction : M. Soyer, G. de Loubens – Réalisation : C. Becquet