Comportement rhéologique des électrolytes de boues organiques et de zinc dans différentes conditions de charge / décharge et d'environnement

par Diego MiliáN Izeppi

Projet de thèse en MEP : Mécanique des fluides Energétique, Procédés

Sous la direction de Nadia El Kissi.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire Rhéologie et Procédés (laboratoire) depuis le 02-04-2018 .


  • Résumé

    Les sources d'énergie renouvelables telles que les éoliennes nécessitent des systèmes de stockage d'énergie stationnaires à grande échelle pour compenser les fluctuations de la production d'énergie. Le réseau européen de formation Marie Skłodowska-Curie "FlowCamp", vise à étudier l'un des systèmes de stockage les plus prometteurs: les batteries à flux redox (RFB). Ce réseau, composé de 11 partenaires, coordonnés par le Fraunhofer ICT en Allemagne, doit recruter un total de 15 doctorants dont un pour le laboratoire Rhéologie et Procédés, encadré par Nadia El Kissi. Les boursiers recrutés développeront des matériaux (membranes, électrodes, électrolytes, catalyseurs, matériaux d'étanchéité) et des modèles macro-homogènes pour trois RFB de nouvelle génération (hydrogène-brome, systèmes organiques et zinc-air). Ils adapteront ensuite les nouveaux systèmes au niveau du prototype et les valideront en utilisant les installations de test de batteries disponibles notamment en Allemagne. Au LRP, le travail de thèse vise à déterminer les propriétés rhéologiques et le comportement de RFB organiques et Zn-Air. Les propriétés rhéologiques et le comportement des RFB organiques seront déterminés en corrélation avec les conditions de traitement, en particulier les débits et la température. L'évolution des résultats avec la formulation du matériau, c'est-à-dire la concentration du polymère, sera également étudiée pour identifier les modèles pertinents et faciliter la simulation et la prédiction du comportement de ces RFB. En ce qui concerne les RFB Zn-Air, différents facteurs influençant la rhéologie des suspensions seront étudiés. Il s'agit en particulier de la distribution et de la forme des charges, de la fraction volumique, des effets de charge, de la température ainsi que de la formulation, du choix et de la concentration des polymères, additifs, dispersants ... La compréhension de la rhéologie des suspensions est nécessaire en vue de formuler un matériau optimal pour les propriétés de pompage et de stabilité. La stabilité des suspensions sera tout particulièrement analysée et les cinétiques de sédimentation seront déterminés et corrélés avec la microstructure du système (les mécanismes d'agrégation et de percolation seront notamment étudiés) au moyen de différentes méthodes physiques.

  • Titre traduit

    Rheological behavior of organic and Zn slurry electrolytes in different charge/discharge and environmental conditions


  • Résumé

    Renewable energy sources like wind turbines require large-scale, stationary energy storage systems to balance out fluctuations in energy generation. FlowCamp will advance the development of one of the most promising storage systems: redox-flow batteries (RFBs). The recruited fellows will develop materials (membranes, electrodes, electrolytes, catalysts, sealing materials) and macrohomogeneous models for three next-generation RFBs (hydrogen-bromine, organic and zinc-air systems). They will then upscale the new systems to prototype level and validate them using the cutting-edge battery testing facilities available for the prestigious German-funded RedoxWind project at Fraunhofer ICT. The new RFB technologies can be combined in energy storage systems tailored to a wide variety of application scenarios, with lower cost, longer service life and higher efficiency than conventional (e.g. Li-ion) storage devices. The objectives of the proposed subproject are the determination of rheological properties and behaviour of organic and Zn-Air based RFBs. The rheological properties and behavior of the organic RFBs will be determined in correlation with the processing conditions, in particular flow rates and temperature. The evolution of the results with the material formulation i.e. the polymer concentration will also be studied to identify the relevant models and help the simulation and prediction of the behavior of such RFBs. Regarding the Zn-Air RFBs, different factors influencing the rheology of the slurries will be studied. These include in particular grain charge distribution and shape, volumetric fraction, charge effects, temperature as well as formulation, including the choice and concentration of polymers, additives and dispersants. The understanding of the rheology of slurries is in fact needed in order to produce the ideal material regarding pumping and stability properties. Depending on the evolution of the parameters indicated above, the rheological and flow behavior of different slurries, in terms of formulation and powder's properties, will be characterized using rheometry coupled with various physical methods. Parameters such as the yield stress, viscosity and settling kinetic will be determined and correlated with the system microstructure (aggregation and percolation mechanisms will be particularly studied) and hence with its stability when used in the RFBs. The results will also be of great help to determine the relevant model that will be used for the simulation and prediction of the behavior of the RFBs.