Osmose et Cap-Mix
Boosting blue energy to the next level
Le problème du réchauffement climatique causé par la surexploitation des énergies fossiles devient l’un des défis majeurs à l’échelle mondiale. Afin de réduire l’utilisation des combustibles fossiles, les scientifiques appellent à l’utilisation à l’échelle mondiale des énergies renouvelables. Dans cette thèse, nous proposons de récolter l’énergie bleue, qui est un type d’énergie osmotique générée par le mélange d’eau douce et d’eau salée avec un grand potentiel estimé à 2,4 térawatts dans le monde. Sur la base de l’assemblage de cellules capacitives développé précédemment au laboratoire, l’objectif principal de cette thèse est de développer diverses stratégies pour améliorer les performances de densité de puissance. La première étape de cette thèse est de réaliser un assemblage de cellules entièrement fonctionnel pour la récupération d’énergie bleue en appliquant la conception d’impression 3D des spacers et en assemblant différentes pièces (électrodes, membranes, entretoises cellulaires, etc.) Sur la base de ce système cellulaire, il est important de développer différentes approches pour améliorer la densité de puissance du système cellulaire. Plus précisément, nous recherchons des stratégies efficaces pour réduire la résistance de la cellule et augmenter la tension en circuit ouvert de la cellule. Les mesures de densité de puissance en appliquant les méthodes électrochimiques seront systématiquement mise en place. Les calculs théoriques de la densité de puissance seront réalisés à la base de modèles de circuits équivalents.
Recherche en cours
Dirigées par Annie COLIN.
Nan WU : Cellule capacitive à gradient salin pour la récolte de l’énergie bleue
楠 吴 : 基于蓝色能源收集的电容式盐差发电研究
L’objectif principal de ma thèse est d’optimiser la performance énergétique des cellules capacitives. L’une des principales approches que nous avons développées dans le cadre de ma thèse est ce que l’on appelle la stratégie du booster. Une alimentation supplémentaire est placée en série avec la cellule capacitive pendant son utilisation. La densité de puissance nette produite (l’énergie supplémentaire fournie par l’alimentation secondaire est supprimée dans ce calcul) atteint la limite théorique de densité de puissance. Nous avons obtenu la meilleure performance de densité de puissance d’un système de cellule de concentration capacitive, supérieure à 5 W/m2. Le principe clé de la stratégie du booster est la limite de la décroissance du courant capacitif pour une gestion plus efficace dans les circuits R-C. Nous travaillons également sur des électrodes capacitives, des membranes et un électrolyte complexe (avec des ions divalents) pour améliorer encore les performances énergétiques de notre système.
Stratégie du booster
Nous visons également à développer des systèmes efficaces de collecte d’énergie couplés à un processus de capture directe du carbone. Une cellule de concentration capacitive basée sur le gradient de pH est développée dans ce cas. Nous proposons ici d’ajouter une étape de collecte d’énergie à la technologie "pH swing" afin de réduire les besoins énergétiques globaux. L’électrolyte sera divisé en deux chambres séparées. D’une part, le pompage du CO2 entraîne une baisse du pH de la solution, tandis que d’autre part, le pompage de l’air ou le traitement thermique des électrolytes entraîne une hausse du pH de la solution. En combinant les deux chambres à eau, on crée un gradient de pH entre les électrolytes, qui sert finalement de source d’énergie osmotique. En ajoutant des membranes et des électrodes capacitives pour former une cellule de concentration, il est possible de convertir cette énergie osmotique en électricité. En utilisant un système du booster supplémentaire pour ajuster le régime de fonctionnement du système, cette cellule de concentration présente d’excellentes performances énergétiques.
Informations Pratiques
Equipe Matériaux Innovants pour l’Energie, membre du laboratoire CBI (Chimie Biologie Innovation)
Bâtiment G/E
ESPCI ParisTech
10 rue Vauquelin
75005 Paris
Directrice MIE : Pr. Annie Colin ()
Gestionnaire : Isabelle Borsenberger +33 (0)1 40 79 46 35
Assistante de gestion : Hélène Dodier +33 (0)1 40 79 46 35