Programme stockage d'énergie pour la sécurisation et la modernisation des réseaux - collaborez avec nous

 

Le programme Stockage d'énergie pour la sécurisation et la modernisation des réseaux souhaite trouver des partenaires pour les projets suivants.

Pour en savoir davantage sur les possibilités offertes, communiquez avec :
Rob James, Conseiller en affaires
Téléphone : 613-323-4966
Courriel : rob.james@nrc-cnrc.gc.ca

La dégradation des batteries au lithium-ion NMC riches en nickel

Les batteries au lithium-ion occupent une place de plus en plus cruciale dans notre quotidien. C'est pourquoi on souhaite en accroître la performance, en réduire le coût et faire en sorte que leur fonctionnement ne présente aucun danger. Des études ont révélé qu'en augmentant la teneur en nickel de la cathode des batteries au lithium-ion de type nickel-manganèse-cobalt (NMC), on en rehausse la capacité, ce qui diminue le coût unitaire sans que la sûreté relative du dispositif s'en ressente, comparativement aux autres solutions offertes sur le marché.

On comprend donc pourquoi le Ni0,8Mn0,1Co0,1O2 (NMC811), matériau actif riche en nickel (Ni) employé dans les batteries NMC, retient présentement autant l'attention. Malheureusement, le NMC811 a une très faible capacité utile lorsqu'il est chargé sous haute tension (plus de 4,2 V, environ) en raison de la piètre stabilité structurale du matériau dont est faite la cathode.

Ce projet propose d'effectuer de nouvelles recherches sur la transition des phases, la déformation au sein des particules, leur fissuration et la fluctuation de l'impédance lors du chargement et du déchargement de la cathode en NMC811 consécutivement à une répétition prolongée des cycles sous haute tension. Nos méthodes combinent la spectroscopie d'impédance électrochimique chronologique, la mesure différentielle de la capacité et la caractérisation des propriétés physiques post-mortem pour interpréter les données des piles cyclées dans de telles conditions et comparer leur résistance. La recherche nous aidera à comprendre fondamentalement comment une tension élevée et la répétition prolongée des cycles modifient les liens entre structure et impédance, et contribuera à optimiser l'usage du NMC811 dans les batteries au lithium-ion.

Chef de projet :
Lei Zhang, agente du conseil de recherches, Énergie, mines et environnement
Téléphone : 604-221-3000 poste 5504
Courriel : Lei.Zhang@nrc-cnrc.gc.ca

Nouvelle génération de matériaux pour les batteries à semi-conducteurs

Une des technologies en gestation les plus prometteuses pour le stockage de l'énergie est la batterie au lithium à semi-conducteurs. En effet, les batteries de ce genre sont énergétiquement plus denses et plus sûres que les batteries classiques qui utilisent des électrolytes liquides. Malheureusement, les progrès dans ce domaine sont freinés par la faible conductivité ionique des électrolytes solides, leurs propriétés mécaniques fragiles et leur instabilité.

De concert avec ses partenaires universitaires et industriels, le CNRC s'efforce de mettre au point des matériaux d'un nouveau genre, faits de composites issus de matériaux existants et nouveaux. Ces matériaux, aux caractéristiques ioniques moins prononcées et reposant davantage sur les liens de covalence, pourront d'être combinés à des polymères en vue d'accroître la malléabilité et la conductivité des électrolytes semi-conducteurs. Dans le cadre du projet, les chercheurs se pencheront sur différents groupes de matériaux pour s'assurer qu'ils possèdent les propriétés voulues (performance, sûreté, faisabilité de la fabrication). Parallèlement, ils examineront une gamme de nouveaux électrolytes, notamment les matériaux conducteurs d'ions lithium à liaison covalente, et en vérifieront les propriétés avec des piles de type bouton aux anodes et cathodes faites de divers matériaux, en vue d'établir la stabilité du système. On s'attend à ce que ces activités aboutissent sur de futures batteries au lithium plus sûres et plus performantes.

Chef de projet :
Dr. Yaser Abu-Lebdeh, agent principal de recherche, Énergie, mines et environnement
Téléphone : 613-949-4184
Courriel : Yaser.Abu-Lebdeh@nrc-cnrc.gc.ca

Plateforme pour le développement d'une batterie à oxydoréduction au vanadium plus performante

Parmi les solutions envisageables pour les installations stationnaires stockant l'électricité, on s'intéresse de plus en plus aux batteries à oxydoréduction au vanadium (VRFB) pour divers motifs (usage possible avec le réseau d'électricité et hors réseau, rapidité de la réaction, puissance et capacité énergétique modifiables indépendamment). En outre, la manière dont ces batteries sont conçues semble prévenir la dégradation par contamination croisée des électrolytes. De plus, leurs composants ininflammables et la réversibilité du processus en rendent le fonctionnement sans danger à température ambiante. Pourtant, malgré ces avantages, la technologie doit gagner en rentabilité et prouver sa longévité pour être exploitée commercialement.

Dans le cadre de ce projet, on décortiquera de façon méthodique et en détail les phénomènes qui se produisent dans les VRFB et leur origine. Les connaissances acquises sur le processus de dégradation serviront à développer des matériaux et des composants pour les batteries. Parallèlement, on élaborera des modèles mathématiques des mécanismes de dégradation, qui seront ensuite combinés aux modèles fonctionnels des VRFB pour produire des outils servant à prévoir la performance et la dégradation des composants. Le développement de protocoles permettant de tester plus rapidement la vie utile des VRFB servira à évaluer le comportement de leurs éléments sous diverses contraintes. Le projet devrait engendrer des matériaux plus performants et moins onéreux pour les fabricants de composants de VRFB, ce qui favorisera un déploiement plus rapide de la technologie.

Chef de projet :
Roberto Neagu, agent du conseil de recherches, Énergie, mines et environnement
Téléphone : 604-221-3000 ext. 5575
Courriel : Roberto.Neagu@nrc-cnrc.gc.ca

Possibilités pour les batteries au lithium-ion usées : Remise en état, reconditionnement et recyclage

L'usage des batteries au lithium-ion continue de croître pour une foule d'applications, entre autres les appareils électroniques portables, les véhicules électriques et les installations de stockage fixes. Cette prolifération laisse cependant présager un futur problème environnemental : que faire des batteries usées? En effet, le recyclage des matériaux dont sont fabriquées ces dernières est passablement limité pour l'instant. On n'en réutilise qu'une infime partie, le reste échouant dans les dépotoirs, y compris des matériaux dangereux pour l'environnement. Les technologies de remise à neuf et de réutilisation actuelles n'en sont encore essentiellement qu'au stade de la démonstration, tandis que le recyclage consiste surtout à séparer mécaniquement les composants, à en retirer le plastique et les contacts pour en récupérer le cuivre et l'aluminium, ou à recourir à la pyrométallurgie pour en extraire de nombreux matériaux précieux en cours de route.

Le projet poursuit les objectifs suivants : normaliser les essais et élaborer des outils de diagnostic pour la réfection ou le reconditionnement des batteries parvenues en fin de vie; examiner si on pourrait régénérer directement l'anode; mettre au point de nouvelles techniques pour séparer les éléments des matériaux de l'anode et de la cathode; préciser l'impact du recyclage sur l'économie et l'environnement. On y parviendra en testant, triant et sélectionnant des piles au moyen de nouvelles techniques qui en évalueront l'état, puis en fabriquant et reconditionnant des sous-modules de batteries dont on vérifiera la performance. Les recherches porteront aussi sur la régénération de l'anode grâce à des procédés thermiques et chimiques, ainsi que sur le recyclage de la cathode par une nouvelle technologie de séparation des éléments en solution aqueuse s'appuyant sur les membranes liquides supportées (SLM). Le projet devrait déboucher sur une intensification des efforts déployés pour créer des méthodes plus efficaces et plus rentables de recycler le volume grandissant de batteries au lithium-ion dans le monde.

Chef de projet :
Ben Yu, chef d'équipe, transformation des minéraux, Énergie, mines et environnement
Téléphone : 613-990-0347
Courriel : Ben.Yu@nrc-cnrc.gc.ca

Développement d'un modèle pour le stockage de l'énergie avec le groupe de travail Annex 32 du programme ECES de l'AIE

L'Agence internationale de l'énergie (AIE) est une organisation intergouvernementale autonome dont la mission consiste à prodiguer des conseils qui élargiront le champ d'application des politiques en sécurité de l'énergie, développement économique et protection de l'environnement. L'AIE préconise aussi le recours à des sources d'énergie alternatives, les politiques énergétiques et la coopération internationale dans le domaine des technologies énergétiques. Le Conseil national de recherches du Canada (CNRC) représente notre pays au sein du Energy Storage Technology Cooperation Program de l'AIE et œuvre avec ses membres pour exécuter les principaux volets du plan échafaudé par les participants du groupe de travail Annex 32. Le CNRC s'occupe de trois tâches secondaires pour le groupe, en l'occurrence la modélisation de systèmes de stockage de l'énergie électrique, la collecte de données et leur validation.

Plus précisément, le projet prévoit le développement d'ensembles de données ou de cas d'étude uniformisés et validés par la science, ainsi que des modèles à source ouverte pour les systèmes de stockage de l'énergie. La validation de ces modèles garantira une plus grande cohérence dans les recherches, le développement et le déploiement.

Ces activités ont pour but d'optimiser les systèmes de stockage de l'énergie et d'en accroître la fiabilité en vue de leur adoption dans des applications canadiennes. S'ensuivront éventuellement des réseaux d'électricité plus efficaces et une diminution des émissions de gaz à effet de serre.

Chef de projet :
Darren Jang, agent du conseil de recherches, Énergie, mines et environnement
Téléphone : 604-221-3121
Courriel : Darren.Jang@nrc-cnrc.gc.ca

Feuille de route canadienne sur le stockage de l'énergie : troisième étape – les provinces de l'Atlantique

Le Canada atlantique est une des régions du pays où l'énergie coûte le plus cher présentement. Cependant, cette région est aussi dotée d'un potentiel considérable qui pourrait lui permettre d'intégrer des sources d'énergie renouvelable. Différents groupes comme les services publics, les organismes de réglementation et l'industrie affichent un vif intérêt pour le stockage de l'énergie et la manière dont cette technologie faciliterait l'intégration des énergies renouvelables au réseau d'électricité. Au préalable, il faut toutefois cerner avec précision les contraintes du réseau, le potentiel de la technologie, ses répercussions sur les politiques, les coûts que cela pourrait entraîner et la façon dont elle favoriserait le recours aux énergies renouvelables tout en en réduisant le coût pour le consommateur.

Misant sur une approche à triple pilier, le projet appliquera la plateforme de la Feuille de route canadienne sur le stockage de l'énergie pour analyser la rentabilité de cette nouvelle technologie au Canada atlantique. Les spécialistes du CNRC procèderont à une évaluation complète du réseau et du marché, analyseront en profondeur les technologies et les projets, et préciseront les retombées socioéconomiques et environnementales du stockage de l'énergie, advenant son adoption. L'analyse tiendra compte des particularités du marché local et des contraintes matérielles du réseau régional. Elle s'attardera aussi à l'impact de scénarios d'adoption spécifiques, des paramètres commerciaux et des cas d'utilisation, ainsi que des tendances au niveau des technologies et des politiques.

Les résultats de l'analyse devraient renseigner les intervenants sur le coût et les avantages du stockage de l'énergie dans la région et faciliter la comparaison des solutions de rechange, d'après l'ampleur de la production, du transport et de la distribution de l'électricité. Grâce à une collaboration étroite avec une commission consultative composée de représentants de services publics, de ministères, d'organismes de réglementation et d'industries, le projet devrait aboutir à une évaluation cohérente et impartiale des possibilités que présente le stockage de l'énergie dans les provinces de l'Atlantique.

Chef de projet :
Kourosh Malek, agent de recherche, Énergie, mines et Environnement
Téléphone : 604-221-5501
Courriel : Kourosh.Malek@nrc-cnrc.gc.ca