Nouvelles technologies de l'énergie @ NIMBE
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Un effort intense de recherche fondamentale est indispensable aujourd'hui, pour pouvoir proposer demain de nouvelles avancées technologiques originales, permettant de faire faire face à la transition énergétique, permettant la nécessaire réduction de nos émissions de CO2.

L'activité de recherche au NIMBE sur les nouvelles technologies de l'énergie est ciblée sur plusieurs axes :

 
#3514 - Màj : 20/12/2023
Faits marquants scientifiques

Face à la nécessaire transition énergétique, pour éviter l'émission massive de CO2 liée à l'usage des produits pétroliers, la filière hydrogène-énergie verte est souvent mise en avant. Par ailleurs, les besoins de la chimie nécessitent aussi une source d'hydrogène non issu de produits carbonés fossiles. Une voie de production de cet hydrogène est la dissociation photocatalytique de l’eau, en utilisant le rayonnement solaire et en présence d'un photo-catalyseur.

L'étude de l'équipe LEDNA du NIMBE, en collaboration avec l'ICPEES, montre que les nano-diamants oxydés produits par détonation permettent d'obtenir un rendement de production de H2 équivalent à celui obtenu avec des nanoparticules de TiO2, qui est une référence dans le domaine.

 

L'IRM (basée sur la Résonance Magnétique Nucléaire - RMN)* est une méthode d'analyse et d'imagerie bien connue pour son utilisation en médecine pour le diagnostic clinique. La technique est également très utilisée en chimie, biologie ou encore pour l'étude des matériaux.

Une nouvelle méthode, récemment développée et basée sur l'IRM, permet d'explorer l'aimantation locale de surface d'un objet. Applicable à l'étude de processus électrochimiques, la méthode peut ainsi permettre d'améliorer les dispositifs de stockage d'électricité des équipements nomades.

Cette technique originale, mise au point sur la plateforme RMN du NIMBE au CEA-Saclay, utilise un spectromètre RMN à grande ouverture (Brücker Avance - Super-Wide-Bore NMR instrument NEO, 7T), des techniques avancées d'IRM et des capteurs RF ultra-sensibles fabriqués sur mesure. Ce nouveau procédé d'analyse a pu être mis en œuvre avec succès pour l'étude operando de batteries. Elle révèle en particulier une série de phénomènes électrochimiques fondamentaux, associés au transport des ions lithium dans les matériaux d’électrode positive de cellules Li-ion commerciales de type "pouch".

Les batteries à flux redox (RFB) présentent le grand avantage de dissocier la quantité d'énergie stockée et la puissance délivrée. Elles sont donc spécifiquement adaptées au stockage des énergies intermittentes (solaire, éolienne). Dans cette technologie, chaque électrolyte est pompé du réservoir où il est stocké jusqu'à une cellule de conversion où se déroule le processus électrochimique.

Pour optimiser les performances des batteries utilisant des électrolytes organiques, il est important de suivre les processus moléculaires se produisant lors des cycles de charge et décharge, et la résonance magnétique nucléaire (RMN) est un outil de choix pour cela. Idéalement il faudrait que les analyses puissent être réalisées pendant le fonctionnement de la batterie, et au plus proche des électrodes et zones d’échange. C'est ce qui a été réalisé sur un spectromètre du NIMBE/LSDRM, où des techniques de fabrique additive ont permis de réaliser une mini-batterie adaptée à une étude "operando".

 

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