Nouvelle faMille d’ALliages HYdrurables s’affranchissant de la disponibilité des matériaux CritiquEs – MALHYCE

Malgré le développement des accumulateurs au lithium de plus forte énergie spécifique, le marché des accumulateurs Nickel-Métal Hydrure (Ni-MH) reste porteur dans le domaine des applications nécessitant une forte énergie volumique, une durée de vie très élevée, une absence de problèmes intrinsèques de sécurité et un coût maitrisé, comme dans les domaines de l'éclairage de sécurité et du stockage de l’électricité associé à du photovoltaïque (PV). Pour l’ensemble de ces marchés en croissance, l'augmentation de la durée de vie est un objectif technique et commercial essentiel.
Le programme MALHYCE vise à améliorer la technologie Ni-MH en développant une nouvelle génération d’électrochimie basée sur des matériaux hydrurables avancés, adaptés à des applications industrielles de très longue durée de vie calendaire.
L’objectif global du projet industriel est de proposer des accumulateurs Ni-MH avec une durée de vie augmentée d’au moins 25% par rapport à la génération actuelle, tout en conservant l’ensemble des autres caractéristiques techniques intactes et en s’affranchissant des problèmes de disponibilité et de coût des terres rares. Dans le domaine du stockage de l’électricité associé à du PV, la durée de vie serait portée à 15 ans à 20°C, en rupture avec l’ensemble des produits existants du marché.
Cet objectif passe par la mise au point et l’optimisation d’un matériau hydrurable de nouvelle génération de type (RMg)Nix (R : Terres Rares) présentant une capacité massique supérieure à 350mAh/g (soit 15 à 20% de plus que la génération actuelle de matériau hydrurable), une vitesse de corrosion et une chargeabilité similaires à celles des alliages de type LaNi5 existants.
L’enjeu est aussi d’ordre économique, car le développement de cette nouvelle génération d’alliage hydrurable fait face désormais au problème de criticité et de coût des matières premières, notamment des terres rares. Aussi des terres rares tels que le samarium, le gadolinium, et l’yttrium, peu sensibles à la variabilité du coût et à la disponibilité des matériaux, seront évaluées en substitution partielle ou totale du groupe R. On s'attachera en particulier à déterminer l'influence de ces trois terres rares, peu étudiées dans le domaine des alliages hydrurables pour application électrochimique et non utilisées industriellement, sur la nature des phases obtenues, la vitesse de corrosion, et la chargeabilité de l’alliage.
Afin d’améliorer la cinétique de charge, une étude approfondie du mécanisme interfacial d’insertion/désinsertion de l’hydrogène dans le matériau neuf ou corrodé, et une caractérisation poussée de l'état de surface de l'alliage seront mises en œuvre. A cette fin, le programme proposé prévoit en particulier de caractériser l'état de surface d'alliages (RMg)Nix par microscopie électronique et spectroscopie Raman in situ.
Enfin, ce projet comprendra une partie concernant la définition et l’optimisation des conditions de mise en œuvre des éléments Ni-MH de très longue durée de vie calendaire dont la matière active de l'électrode négative sera composée d’un alliage de nouvelle génération de type (RMg)Nix. On cherchera dans un premier temps à améliorer la conception de l'accumulateur étanche en vue d'en optimiser la durée de vie tout en conservant l’ensemble des autres performances équivalentes. En second lieu, les compositions d’alliage les mieux adaptées par rapport au cahier des charges seront évaluées en accumulateurs Ni-MH prototypes définis selon cette nouvelle conception