Nouveaux matériaux avancés pour le stockage thermique hautes températures : cas du péritectique  Li4Br(OH)3.

Fouzia Achchaq1, Philippe Legros2, Eric Lebraud3, Marie Duquesne4
: fouzia.achchaq@u-bordeaux.fr
1 Université de Bordeaux, CNRS, I2M Bordeaux, Esplanade des Arts et Métiers, 33400 Talence
2 PLACAMAT, UMS 3626, 87 Avenue du Docteur Schweitzer - 33608 Pessac Cedex
3 ICMCB, UMR CNRS 5026, 87 Avenue du Docteur Schweitzer - 33608 Pessac Cedex
4 Bordeaux INP, CNRS, I2M Bordeaux, ENSCBP, 16 avenue Pey Berland, 33600 Pessac
Mots clés : Stockage d’énergie thermique, Haute température, Péritectique, DSC, Microscopie électronique à balayage in situ.
Résumé :

Un mix énergétique large doit permettre de tirer profit de chaque technologie pour mener une transition énergétique efficace et résiliante mais sa faisabilité repose sur le stockage. Les secteurs de la métallurgie, des céramiques, du verre, du solaire thermique à concentration, de la chimie etc. doivent envisager le stockage de l’énergie thermique pour y parvenir. Jusqu’à présent, le choix des matériaux considérés pour les unités de stockage pour une gamme de températures de travail variant entre 300 et 600C concerne les matériaux à changement de phase. Il s’agit principalement de compositions eutectiques qui présentent l’avantage de se comporter comme des corps purs : leur fusion est congruente et se produit à température constante. Cependant, l’étude théorique de diagrammes de phase de systèmes binaires à base de sels a montré que les composés péritectiques stœchiométriques ont, en moyenne, des densités énergétiques deux à trois fois supérieures à celles des matériaux à changement de phase utilisés (sels fondus) dans les centrales solaires à concentration déjà existantes, comme Archimedes en Italie par exemple. Cette performance est liée à une réaction chimique réversible qui vient s’ajouter à la transition solide/liquide lors du processus de décharge d’énergie thermique du matériau.

Ce travail présente le cas d’étude du péritectique  Li4Br(OH)3 issu du mélange  LiOH/ LiBr. Si Honnerscheid et al. ont démontré expérimentalement l’existence de  Li4Br(OH)3, celui-ci n’a jamais été synthétisé en quantité suffisante pour être caractérisé.

Les résultats prouvent qu’il est possible de synthétiser  Li4Br(OH)3 par voie thermique classique en dépit de la très grande hygroscopicité des produits initiaux. Sa morphologie a ensuite été comparée à celle issue de la synthèse in situ et en temps réel dans la chambre d’un microscope électronique à balayage. Leurs signatures ont été validées par des essais de diffraction par rayons X. Les résultats préliminaires de caractérisation thermique montrent un potentiel énergétique élevé de  Li4Br(OH)3 comme matériau pour des unités de stockage de la chaleur compactes, ne nécessitant pas la mise en place d’une technologie complexe.

doi : https://doi.org/10.25855/SFT2020-131

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