LABORATOIRE POUR LES TECHNOLOGIES DES ÉNERGIES NOUVELLES

ET LES NANOMATÉRIAUX

www.liten.cea.fr

CONFERENCE CGE SUR LE STOCKAGE STATIONNAIRE D’ELECTRICITE

www.liten.cea.fr

Des Solutions pour aujourd’hui et pour demain

Pierre SERRE-COMBE – Florence LAMBERT

CENTRE DE RECHERCHE, Créateur de solutions en réponse aux enjeux climatiques, énergétiques & environnementaux

AMBITION

• Diminution des émissions de Gaz à Effet de Serre (GES)• Limitation des pertes énergétiques• Ancrage dans une démarche ACV

Avec un objectif de création de valeur et de transfert vers l’industrie et le monde économique.

975 EMPLOYES

1 612 BREVETS en portefeuille

> 250 PARTENAIRES INDUSTRIELS

138 M€ BUDGET

CONTRATS DE RECHERCHE

40% institutionnels

60% industriels

13 PLATEFORMES

CHIFFRES 2018

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

EUROPE TARGETS A DEEP DECARBONIZATION OF ITS ENERGY SYSTEM BY 2050

HISTORICAL DATABP, Statistical review of world energy (2019)

EUROPEAN COMMISSION “COMBO” SCENARIO

European Commission, COM(2018)773

Oil

Natural gas

Coal

NuclearRenewables

European Union primary energy consumption

Storage as the key to balance this “combo”

scenario

HIGHER PENETRATION OF RENEWABLE ENERGY RESOURCES

Variability and Intermittent Power Sources

• Infra-daily

• Seasonality

• Territorial

DISTRIBUTEDGENERATION

TIME OF USE TARIF

LOAD MANAGEMENT

DEMAND SIDE MANAGEMENT

ENERGY SAVINGS

CO

ST

STORAGE

Storage as the ultimate solution

CHALLENGES• Reduce system costs and

maintenance• Optimize performance and lifetime• Ensure security of supply• Convergence with other grids• New Business Model (VtG, … )

Current developments focus on Battery and Hydrogen

WHY LI-ION BATTERY ?

A versatile technology (different markets)

Strong increase in performances X2

Strong decrease in costs /18 in $/Wh:

• 2 energy density

• 1,5 materials and productivity

• 6 volumes – Gigafactories

46,3

178,5

586,2

916,1

1136,3

105,7

212,2 243,4

476,4

0

200

400

600

800

1000

1200

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

2017 2020 2025 2030 2035

GWh MondeGWh par zoneBesoin batterie sur scénario green constraint

Monde

Europe

Chine

Véhicules Légers Electrifiés

European battery market (VL) in 2030210 GWh

Costs reduction through volume

effects and increased of energy density

FUTUR TRENDS SHOW AN INCREASE OF EV MARKET

Consequences of this market?Constraints or Opportunities?

8 15 Millions of Electrical Vehicles : 16 TWh8,5 MtCO2 saved

8 15 Millions of Electrical Vehicles : 16 TWh8,5 MtCO2 saved

Source RTE

2025 2030Step 1GENERATION 3a CELL

Li-ion (Si, Ni, Li : Rich)GENERATION 3b

> 700-800 Wh/L

Step 2

> 900 Wh/L

GENERATION 4CELL

« all solid »High performances

« solid »

« liquid »

Today

Microporous films:• Anode• Cathode• Separator

With liquid electrolyte

« liquid »Most common

GENERATION 1, 2

150 (high power cells) to 700 Wh/L (high energy density cells)

Cylindrical wounding cell (hard casing cells)

Prismatic wounding cell (often hard casing cells)

Stacking cell (often pouch cells)

Today only one all solid state (polymer-based) battery commercialized (BLUE SOLUTIONS : with Energydensity and room operating temperature to improve to reach 2030 specifications)

LI-ION BATTERIES : TECHNOLOGICAL TARGETS ?

Li-ion to Li solid state

Electrolyte

PLATEFORMES DE RECHERCHE ET DÉVELOPPEMENT SUR LES MATÉRIAUX

Plateforme Nanocaractérisation

Plateforme Nanosécurité

Plateforme Batteries

Institut Laue LangevinESRF - Synchrotron

Fabrication Additive

UNTIL WHICH APPLICATIONS BATTERIES CAN’T DO THE JOB ?

THE KEY ROLE OF HYDROGEN FOR ENERGY TRANSITION

Un moyen pour « lisser »

l’intermittence des ENR

Une alternative au transport de

l’énergie

Une solution de stockage long terme

Une brique de base pour une

production« verte »

Un moyen de stockage d’ENR

Un carburant alternatif

Une combinaison

gagnante avec le CO2

A NEW NATIONAL AND EUROPEAN DYNAMICS ON H2

ANR-BMBF CATVIC Project

In 2018, the MTES

launched a mission

(DGEC-CEA) to

propose a strategy for

the deployment of

renewable H2

MAX PLANCK SOCIETY – CEA

COLLABORATION ON POWER-TO-X

FCH JU

FRENCH HYDROGEN DEPLOYMENT

PLAN ANNOUNCED ON JUNE 1, 2018

In 10 years of R&D:

Performance improvement: X8

Lifetime: > 2500 heures

Number of Cells/stack: x 25

1st prototype of Integrated System

Demonstrated Yield at System Level: 87% PCI

Cost Reduction of Stack: -80%

Background Patent Portfolio PI: 40 patent family

Bonus : Reversible Technology

BASIC CONCEPTS DEVELOPMENT

STACK

DEVELOPMENT

SYSTEM DEVELOPMENT

SYDNEY1st integrated system

CEA Cell at the state of the art

Characteristics : Working point 1A/cm²

Degradation 2-3% 1000hActive Surface 100cm²

PISTEURIn demonstration

at a partner

Electrolyzer core25 cells

Power 3kW

CARBON-FREE HYDROGEN PRODUCTION

DU STOCKAGE A TOUT LES ETAGES POUR DE NOUVELLES FLEXIBILITES & OPPORTUNITES

Multi-vecteurs: électricité, chaleur, gaz / hydrogène

Cycle de matières, matériaux avancés, ACV

Réseaux intelligents, digitalisés, instrumentés, pilotage de la demande

Scénarios énergétiquesgouvernance et modèleéconomique

• THANK YOU FOR YOUR ATTENTION

THANK YOU FOR YOUR ATTENTION