Stockage de chaleur thermochimique sur des composites "sel/supports"

Thermochemical energy storage on "salt/supports" composites

• Auteur / Autrice : Minh Hoang Nguyen
• Direction : Simona Bennici, Patrick Dutournié
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 14/11/2022
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Science des Matériaux de Mulhouse - Institut de Science des Matériaux de Mulhouse / IS2M

Mots clés

Mots clés contrôlés

Charbon à usage agricole

Chlorure de magnésium

Charbon actif

Adsorption

Eau

Chaleur d'adsorption

Chaleur -- Stockage

Mots clés libres

Stockage de chaleur thermochimique

Sulfate de magnésium

Chlorure de magnesium

Adsorption d'eau

Charbon actif

Sel hydrate

Sel binaire

Épi de maïs Biochar

Thermochemical heat storage

Magnesium sulfate

Magnesium chloride

Water adsorption

Activated carbon

Salt hydrates

Binary salt

Biochar corncob

Résumé

Le recours aux énergies renouvelables répond aux besoins des générations futures dans uneperspective de développement durable. Toutefois, la nature intermittente de ces énergies etl'écart entre leur disponibilité et leur demande constituent des désavantages importants. Parconséquent, l'intégration d'un système de stockage d'énergie adéquat (par exemple thermique)se révèle être une solution prometteuse pour faire face à ce décalage temporel. Les systèmesbasés sur le stockage thermochimique sont attrayants en termes de densité énergétique. Leurprincipe de fonctionnement est basé sur les phénomènes de sorption d'un sorbat (généralementl'eau) sur un matériau solide. Une réaction exothermique a lieu et la chaleur accumulée au coursde la phase de séchage (opérée par exemple en utilisant l'énergie solaire ou une source dechaleur fatale) est libérée. Le sel MgS04.7H20 a été choisi dans cette thèse comme phase activepour sa densité de stockage théorique élevée (2.8 GJ/m3). L'inconvénient de ce système est laformation d'agrégats lors de la réhydratation qui limite les transferts de masse (diffusion desmolécules d'eau dans le solide) et qui cause une baisse de performance et une mauvaisecyclabilité. Pour surmonter ces problèmes, la thèse a porté sur la synthèse de compositesutilisables dans des applications à grande échelle. MgS04.7H20 a été donc imprégné dans desmatériaux hôtes poreux afin d'améliorer le transfert de masse. Chaque matériau choisi présentaitune nature (minérale ou organique) et une distribution poreuse différentes qui impactel'interaction avec le sel, sa dispersion et donc la performance des composites synthétisés etcaractérisés.

The use of renewable energies meets the needs of future generations in a sustainabledevelopment perspective. However, the intermittent nature of these energies and the gapbetween their availability and their demand constitute important disadvantages. Therefore, theintegration of an adequate energy storage system (e.g., thermal) is a promising solution to copewith this problem. Systems based on thermochemical storage are attractive in terms of energydensity. Their operating principle is based on the phenomena of sorption of a sorbent (usuallywater) on a solid material. An exothermic reaction takes place and the heat accumulated duringthe drying phase (e.g., by using solar energy or a waste heat source) is released. The saltMgS04.7H20 was chosen in this thesis as the active phase because of its high theoretical storagedensity (2.8 GJ/m3). The disadvantage of this system is the formation of aggregates duringrehydration which limits mass transfer (diffusion of water molecules in the solid) and causes adecrease in performance and poor cyclability. To overcome these problems, the thesis focusedon the synthesis of composites suitable for large-scale applications. MgS04.7H20 was thereforeimpregnated into porous host materials to improve mass transfer. Each chosen material had adifferent nature (mineral or organic) and a different pore distribution which impacts theinteraction with the salt, its dispersion and thus the performance of the synthesized andcharacterized composites.