Des chercheurs de l'Université de technologie de Sydney (UTS) et de l'Université de technologie du Queensland (QUT) ont mis au point une nouvelle méthode pour améliorer le temps de charge des piles à combustible à hydrogène à l'état solide.
L'hydrogène suscite un vif intérêt en tant que moyen efficace de stocker l'"énergie verte" provenant d'énergies renouvelables telles que le vent et le soleil. Le gaz comprimé est la forme la plus courante de stockage de l'hydrogène, mais il peut également être stocké à l'état liquide ou solide.
Le Dr Saidul Islam, de l'Université de technologie de Sydney, a déclaré que le stockage de l'hydrogène à l'état solide, et en particulier l'hydrure métallique, suscite l'intérêt car il est plus sûr, plus compact et moins coûteux que le gaz comprimé ou le liquide, et il peut absorber et libérer l'hydrogène de manière réversible.
"La technologie de stockage de l'hydrogène par hydrure métallique est idéale pour la production d'hydrogène sur site à partir d'électrolyse renouvelable. Elle peut stocker l'hydrogène pendant de longues périodes et, une fois qu'il est nécessaire, il peut être converti en gaz ou en une forme d'énergie thermique ou électrique lorsqu'il est converti par une pile à combustible", a déclaré le Dr Islam.
"Les applications comprennent les compresseurs d'hydrogène, les batteries rechargeables, les pompes à chaleur et le stockage de la chaleur, la séparation isotopique et la purification de l'hydrogène. Il peut également être utilisé pour stocker l'hydrogène dans l'espace, afin de l'utiliser dans les satellites et d'autres technologies spatiales "vertes"", a-t-il ajouté.
Cependant, le problème de l'hydrure métallique pour le stockage de l'énergie de l'hydrogène est sa faible conductivité thermique, qui entraîne des temps de charge et de décharge lents.
Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont mis au point une nouvelle méthode permettant d'améliorer les temps de charge et de décharge de l'hydrogène à l'état solide. L'étude : Design optimization of a magnesium-based metal hydride hydrogen energy storage system, a été récemment publiée dans la revue Scientific Reports.
Le premier auteur, Puchanee Larpruenrudee, candidat au doctorat à l'école d'ingénierie mécanique et mécatronique de l'UTS, a déclaré qu'une évacuation plus rapide de la chaleur de la pile à combustible solide permettait d'accélérer les temps de charge.
"Plusieurs échangeurs de chaleur internes ont été conçus pour être utilisés avec le stockage d'hydrogène par hydrure métallique. Il s'agit notamment de tubes droits, de tubes hélicoïdaux ou en spirale, de tubes en forme de U et d'ailettes. L'utilisation d'un serpentin hélicoïdal améliore considérablement le transfert de chaleur et de masse à l'intérieur du stockage.
"Cela est dû à la circulation secondaire et au fait que la surface d'évacuation de la chaleur de la poudre d'hydrure métallique vers le fluide de refroidissement est plus grande. Notre étude a permis de développer un serpentin hélicoïdal pour augmenter les performances de transfert de chaleur."
Les chercheurs ont mis au point un serpentin semi-cylindrique comme échangeur de chaleur interne, qui a considérablement amélioré les performances de transfert de chaleur. Le temps de chargement de l'hydrogène a été réduit de 59 % lors de l'utilisation du nouveau serpentin semi-cylindrique par rapport à un échangeur de chaleur traditionnel à serpentin hélicoïdal.
Ils travaillent maintenant sur la simulation numérique du processus de désorption de l'hydrogène, et continuent à améliorer les temps d'absorption. L'échangeur de chaleur à serpentin semi-cylindrique sera développé à cette fin.
Enfin, les chercheurs visent à développer une nouvelle conception pour le stockage de l'énergie de l'hydrogène, qui combinera d'autres types d'échangeurs de chaleur. Ils espèrent également travailler avec des partenaires industriels pour étudier les performances réelles des réservoirs sur la base du nouvel échangeur de chaleur.
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