Une céramique stocke et destocke de la chaleur à foison

Aucun matériau connu jusqu’à présent ne peut stocker de l’énergie thermique pendant longtemps, car celle-ci se disspipe naturellement et lentement au fil du temps.  Mais un nouveau matériau découvert par le groupe de recherche du professeur Ohkoshi à l’Université de Tokyo bat en brêche ce principe : il peut stocker l’énergie thermique pendant une longue période et le relâcher au moment exact souhaité.

L’énergie thermique accumulée peut provenir de toute source directe de chaleur, mais aussi en faisant passer un courant électrique à travers le matériau ou en l’exposant à la lumière. Quelle que soit la source utilisée, le matériau rendra l’énergie sous forme de chaleur. 

Comment stocker/destocker de la chaleur ?

Ce matériau, du pentoxyde de trititane (Ti3O5) peut absorber et libérer une grande quantité d’énergie thermique (230 kJ.L-1). L’énergie thermique stockée est grande, représentant environ 70% de la chaleur latente de fusion de l’eau – c’est-à-dire la chaleur échangée avec le milieu extérieur lors du passage de la glace à l’état gazeux – et environ 10 % de la chaleur latente de vaporisation de l’eau.

Selon les chercheurs, cette propriété est due à sa structure cristalline, composée uniquement d’atomes d’oxygène et de titane. Lorsque le matériau est exposé à de la chaleur, il utilise l’énergie reçue pour faire une « transition de phase solide-solide » durant laquelle il change de structure cristalline (passage du beta-pentoxyde de tritane au lambda-pentoxyde de tritane). Sa particularité est de rester stable dans cette nouvelle structure, même quand on cesse de le chauffer, et ce dans une large plage de températures, piégeant ainsi la chaleur reçue. Pour destocker la chaleur, il suffit d’appliquer sur lui une pression de 600 bars à température ambiante. Cela peut être obtenu facilement avec une petite presse mécanique. En libérant la chaleur accumulée, le matériau retrouve alors sa structure cristalline de base. Voici une nouvelle façon de fabriquer de la chaleur à la demande ! Biensûr, la chaleur dégagée dépasse de loin l’énergie mécanique (pression) appliquée.

De nombreuses applications « green »

Selon les auteurs, le pentoxyde de trititane est un simple oxyde de titane composé d’éléments abondants et est respectueux de l’environnement. Les chercheurs pensent que ce matériau a de nombreuses applications potentielles pour réduire le gaspillage énergétique, notamment en récupérant la chaleur de process où elle est habituellement libérée dans l’atmosphère, sans aucune forme de valorisation. Ce nouveau matériau pourrait ainsi être utilisé pour valoriser les « déchets » de chaleur industrielle, la chaleur libérée par les engins mécaniques (moteurs) et électroniques (composants) ou stocker la chaleur issue des systèmes de production d’énergie thermique solaire. Ce matériau présente également des perpectives d »utilisation pour des dispositifs électroniques de pointe tels que des feuilles sensibles à la pression, les coussins chauffants réutilisables, les sondes de conductivité sensibles à la pression, la RAM résistante (ReRAM) et la mémoire optique.

• Aller plus loin

Référence de l’étude : H. Tokoro, M. Yoshikiyo, K. Imoto, A. Namai, T. Nasu, K. Nakagawa, N. Ozaki, F. Hakoe, K. Tanaka, K. Chiba, R. Makiura, K. Prassides, and S. Ohkoshi, « External stimulation-controllable heat-storage ceramics », Nature Communications 6, Article number:7037

Par Matthieu Combe, journaliste scientifique