Projet de recherche P2/03 (Action de recherche P2)
Contexte
Les progrès récents réalisés dans le domaine de la chimie du solide ont permis d’une part des avancées importantes autorisant les chercheurs à une meilleure interprétation de l’état solide et des comportements liés des matériaux, et d’autre part la possibilité d’établir des prédictions se rapportant aux caractéristiques cristallochimiques requises pour un matériau en vision d’une propriété donnée. De nouvelles voies de synthèses ont émergé ouvrant le chemin à de nombreuses innovations en terme de matériaux grâce à une approche nouvelle basée sur l’utilisation de la « Chimie Douce » fortement inspirée des découvertes de la nature. Ces nouvelles voies de synthèse offrent la possibilité de contrôler la microstructure et les hétérogénéités de structure d’un matériau solide à l’échelle du nanomètre. Forts de cette expérience, les partenaires du présent projet proposent d’appliquer ces concepts à la réalisation de nouveaux systèmes compétitifs dans le domaine du stockage et de la conversion d’énergie.
Description du projet
Objectifs
Le projet concerne donc la mise en oeuvre par voies de procédés « Chimie Douce » des composantes de systèmes compétitifs et durables de stockage et de conversion d’énergie, en l’occurrence les thermo-électriques pour la conversion de chaleur en électricité, les matériaux supraconducteurs à haute température critique et les batteries Li-ion pour le stockage de l’énergie électrique. Les avancées récentes réalisées dans ces domaines l’ont été sur base des innovations réalisées dans le domaine des oxydes mixtes. Les partenaires du projet sont également armés pour concevoir et tester les démonstrateurs ou prototypes issus de la recherche sous contraintes environnementales sévères le cas échéant.
L’importance d’une telle action est double : elle offre la possibilité d’un développement nouveau dans le domaine des matériaux « électrocéramiques » compte tenu des méthodes de synthèses envisagées, mais aussi dans le domaine de l’utilisation rationnelle d’une énergie « propre ». Les objectifs du projet couvrent à la fois (i) la recherche de nouveaux matériaux aptes à répondre aux besoins économiques grandissants en terme de stockage et conversion d’énergie, mais aussi (ii) les aspects environnementaux d’un développement scientifique et technologique qui nécessitent des techniques de production des matériaux et composantes de plus en plus « propres ».
De nombreux profits socio-économiques sont à prévoir :
- améliorer la perception de l’industrie chimique en général par les médias et le public ;
- introduire des technologies de production innovantes et des solutions/alternatives en réponse aux défis majeurs de ce début du 21ème siècle : utilisation rationelle de l’énergie et développement durable ;
- créer de l’emploi (les industries chimiques sont parmi les premiers employeurs belges et des innovations devraient accentuer l’impact de l’industrie chimique sur l’emploi) ;
- offrir aux industries belges un pôle de compétence dans le domaine de la « Chimie Douce » et des technologies de production y afférentes de manière à leur permettre de concurrencer leurs partenaires aux niveaux européen et mondial.
Méthodologie
Trois axes prioritaires ont été identifiés :
- les matériaux thermo-électriques et plus spécifiquement les oxydes de type cobaltite et apparentés
- les supraconducteurs à haute température critique et plus spécifiquement l’YBCO
- les batteries Li-ions et plus spécifiquement la cathode
Il s’agira de créer des matériaux performants selon des voies de synthèse qui offrent la possibilité dans des conditions « douces » de mettre en œuvre des structures contrôlées.
La synthèse hydrothermale, les procédés sol-gel et le templating seront les approches privilégiées pour obtenir un matériau répondant à des critères très stricts en matière de structuration et dimensionnalité.
Interactions entre les différents partenaires
Les trois partenaires ont une expertise commune dans les procédés de chimie douce. L’ULg maîtrise la technique du templating, UGent possède une expertise des techniques sol-gel et le CRIBC a développé les procédés hydrothermaux. UGent et ULg sont depuis très longtemps impliqués dans des programmes régionaux, nationaux et internationaux traitant des supraconducteurs. CRIBC et ULg sont actifs dans le domaine des oxydes thermo-électriques, et ULg possède une bonne expertise des batteries Li-ions. La plateforme telle que proposée offre donc un éventail de techniques expérimentales de synthèse et caractérisation nécessaires à la réalisation des objectifs du projet CHEMAT.
Résultats et/ou produits attendus
- Dans le domaine des thermo-électriques, le projet doit aboutir à un prototype « tout laboratoire » montrant la faisabilité des thermo-électriques pour convertir dans des machines dites « thermiques » l’énergie thermique en énergie électrique.
- Dans le domaine des supraconducteurs, les résultats attendus concernent l’obtention de films minces sur substrat métallique d’un matériau dont la densité de courant critique atteindra 105 A/cm2 à 77K. Ces matériaux doivent à terme substituer les actuels câbles supraconducteurs utilisés dans les anneaux de stockage supraconducteurs.
- Dans le domaine des batteries Li-ions, l’accent est mis sur les composantes de nouvelle génération permettant de mieux réguler les phénomènes d’intercalation-désintercalation du lithium en mode charge-décharge dans le but d’accroître la durée de vie des systèmes actuels.
Partenaires
Coordonnées
Coordinateur
Rudi Cloots
Université de Liège (Ulg)
Laboratoire de Chimie des Matériaux Inorganiques (CMI)
SUPRATECS, Institut de Chimie
Sart-Tilman
B-4000 Liège
Tel: +32 (0)4 366 34 36
Fax: +32 (0)4 366 34 13
rcloots@ulg.ac.be
Promoteurs
Serge Hoste
Universiteit Gent (UGent)
Vaste stofchemie en keramische halfgeleiders
Vakgroep anorganische en fysische chemie
Krijgslaan 281
B-9000 Gent
Tel: +32 (0)9 264 44 41
Fax: +32 (0)9 264 49 83
serge.hoste@ugent.be
Maria Traianidis
Centre de Recherches de l'Industrie Belge de la Céramique (CRIBC)
Avenue du gouverneur Cornez 4
B-7000 Mons
Tel: +32 (0)65 40 34 57
Fax: +32 (0)65 40 34 60
m.traianidis@bcrc.be
Comité de suivi
David Van de Vyver - CENTEXBEL
Michael Bäcker - TRITHOR GmbH - Rheinbach
René Fabry - Cluster Auto-Mobilité
Laurent Letellier - Cluster Céramique
Alain Stéphenne - RW (DGTRE)
Yves Toussaint - GREEN PROPULSION
Jean-Bruno Soupart - ERACHEM - COMILOG
Pierre Cools - Thales Alenia Space Etca
Paul Wouters - Inergy Automotive
Intelligent, materials for energy conversion, storage and savings through soft chemistry (CHEMAT) : final report
Cloots, Rudi - Hoste, Serge - Traiandis, Maria ... et al Brussels : Belgian Science Policy, 2011 (SP2249)
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