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Amélioration des caractéristiques du stockage des batteries Li-ion/super condensateurs électrochimiques hybrides et des performances vis-à-vis des systèmes d'énergie photovoltaïque hybrides.

Un défi majeur de notre société est la production décentralisée d'énergies renouvelables à impact minimal sur l'environnement permettant davantage d'autonomie. En suivant deux lignes stratégiques, il s'agit d'une part de réduire le contenu en carbone de l'offre énergétique (20% de sources d'énergie renouvelable en 2020 dans la consommation finale brute en Belgique) et d'autre part, de réaliser une gestion intelligente et optimalisée du réseau en intégrant du stockage de faible capacité (<100 kWh) et de grande capacité (> 10 MWh). Les obstacles à surmonter sont : (i) la structuration du stockage énergétique en adéquation avec la production d'énergie en tenant compte de deux échelles de temps différentes, phénomènes à dynamique lente (énergies renouvelables) et phénomènes à dynamique rapide (stockage) et (ii) l'adaptation du réseau à la croissance démographique et par conséquence à l'évolution de profils personnalisés de consommation électrique.

Les batteries au lithium sont actuellement la technologie dominante dans le stockage de l'énergie en raison deleurs caractéristiques de densité d'énergie. Les super condensateurs électrochimiques (SCEs), quant à eux, captent et libèrent de l'énergie en quelques secondes et peuvent effectuer des millions de cycles charge-décharge, mais leur densité d'énergie est très faible par rapport aux batteries Li-ion. La technologie des batteries Li-ion/SCEs hybrides est idéale pour les applications domestiques, faible capacité notamment en habitat collectif ou individuel qui nécessitent à la fois l'énergie de batteries Li-ion et la puissance de SCEs. Cette technologie innovante est en expansion et peut être améliorée par des avancées dans la nano-structuration des matériaux et l'incorporation d'éléments de gestion multifonctionnels.

Objectifs

Dans ce projet le but sera de développer la technologie de stockage hybride batterie Li-ion/SCE et d'augmenter sa pertinence vis-à-vis de dispositifs de production d'énergie renouvelable. Les objectifs de la première phase sont (i) la recherche intensive en matériaux pour améliorer les coûts, la durée de vie, les capacités de charge-décharge des batteries Li-ion/SCEs hybrides, (ii) l'identification des critères d'optimalité des systèmes de stockage à base de batteries Li-ion/SCEs hybrides (e.g. densités d'énergie, puissances et consignes de puissance distribuées dans le temps pour une série d'activités domestiques journalières et (iii) la compréhension des mécanismes de dégradation des batteries Li-ion/SCEs hybrides. Les objectifs de la deuxième phase sont (i) la recherche intensive en matériaux afin de favoriser l'intégration dans les micro-réseaux électriques de la connexion et la gestion de systèmes de stockage développés dans la première phase et (ii) la mise en relation des degrés de liberté dans le processus de charge-décharge des batteries Li-ion/SCEs hybrides, leur intervalle de variation ainsi que les contraintes liées aux systèmes de stockage de ce type alimentés notamment par la technologie photovoltaïque.