LITEN. Instituto para as Novas Tecnologias da Energia

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1 LITEN Instituto para as Novas Tecnologias da Energia 1

2 LITEN inserido na organização CEA R & D para a Energia Nuclear 9 centros de investigação pessoas Orçamento de 4 mil milhões de /ano Investigação fundamental Programas de defesa Investigação para Indústrias 2

3 Estratégia do LITEN Baixas emissões de carbono Indústrias francesas TRÊS MOTORES Eficiência energética Energias renováveis Eficiência dos materiais 3

4 Figuras-chave do LITEN Chambéry : Energia solar e Construção inteligente Grenoble : Transportes ecológicos, biomassa e materiais inteligentes Zona de experiências Mão-de-obra 2011 Patentes 1000 salários 770 em portfólio 180 novas patentes em 2011 Orçamento M 30 M de financiamento CEA 150 M volume de negócios 4

5 21% 79% Crescimento do LITEN Orçamento 2012: 180 M Mão-de-obra: 1000 salários 21% Subsídio do Governo francês Receitas externas 79% 5

6 Crescimento do LITEN Publicações: 130/ano, factor de impacto: 3.2 Patentes: 180/ano 6

7 Implantação estrangeira para apoiar os nossos clientes Cazaquistão Matérias-primas para energias Marrocos, CSP Tunísia, CPV 7

8 Uma abordagem integrada: dos nanomateriais aos produtos finais «Moka»Renault 8

9 Exemplo de um demonstrador Demonstrador de 500 kw CSP 9

10 Tecnologias de nível internacional SISTEMAS SOLARES TRANSPORTES Componentes IMPRESSOS HIDROGÉNIO Células de silício de alta eficiência 21 % Baterias de lítio 200 Wh/kg µ-baterias ciclos Produção de H2 através de Electrólise, 5000h 10

11 Plataformas de nível internacional Energia solar 35 MW 11

12 Plataformas de nível internacional Energia solar térmica 12

13 Plataformas de nível internacional Baterias 13

14 Perspectivas comerciais 1/3 R&D com parceiro estratégico ALCEN Hidrogénio CSP Baterias Fontes de micro-geração de energia A longo prazo (2-5 anos) Licença exclusiva de novo IP 14

15 Perspectivas comerciais 2/3 Licenciamento dos antecedentes do CEA Transferência tecnológica Fosfato de ferro Titanato Local «Roches de Condrieux» Licença exclusiva ou não sobre os antecedentes 15

16 Perspectivas comerciais 3/3 Criação de Spin-off Baterias (15 p.) Dispositivos flexíveis e orgânicos (10 p.) 16

17 Tecnologias especializadas Transportes eléctricos Energia solar e Construção inteligente Baterias Células de combustível Gestão de energia EFV, CSP,CPV Eficiência energética Gestão de energia Biomassa e Hidrogénio Materiais avançados Prod. e Armazenamento H2 Biomassa 2G, 3G Processos a alta temp. Fontes de µ-energia Recuperação de energia Dispositivos plásticos 17

18 Tecnologias especializadas. Baterias de iões de lítio. Novos materiais para baterias. Gestão de baterias Transportes eléctricos. Dispositivos de células de combustível. Integração em veículos Baterias Células de combustível Gestão de energia Mais de 50 veículos equipados! 18

19 A única plataforma de R&D e de construção de protótipos da Europa Contacto: Sala estéril de 500 m 2 com 3 zonas Pontos de orvalho: -20 C e -40 C Capacidade da linha: 3000 células/mês Revestimento, bobinagem, soldagem, testes 19

20 Novos materiais para baterias de Li (de g a kg) Materiais de eléctrodo positivo: -Materiais de estrutura polianiónica seguros (LiMPO 4, Li 2 MPO 4 F, ), -Óxidos de espinélio de alta voltagem (LiNi 0.4 Mn 1.6 O 4 ), -Óxidos dimensionais de alta capacidade (Li 2 MnO 3 LiMO 2 ). Materiais de eléctrodo negativo: -Óxidos de titânio de elevada energia, alta segurança e longo ciclo de vida - Compósitos Si/C de alta capacidade Novas tecnologias: Li-ar, Li-azoto, Li-aquoso, Li-orgânico, Caracterização, Diagnóstico, Post-Mortem e Teste de abuso tolerância Contacto: 20

21 Célula de combustível em veleiro eléctrico híbrido plug-in Contacto: 21

22 Ampla gama de núcleos padrão de células de combustível Para diferentes aplicações, diferentes condições de funcionamento temperaturas baixas, médias e altas, zonas pequenas e grandes Adaptação MEA às especificações dos parceiros Com excelente performance e durabilidade comparativamente ao MEA comercial Contacto: 22

23 Eficiência e acesso a matérias-primas Análise do ciclo de vida Acesso a matérias-primas Actividades no CEA Liten - Recursos Internacionais - Segunda vida - Reciclagem de componentes Poupança de matériasprimas - Catálise (nanomaterial Pt, Pd) - Fotovoltaico (Ag, Si, ) - Matérias brutas Substituição de matériasprimas - Fotovoltaico (In, Ag, ) - Iluminação (terra rara) 23 Contacto: 23

24 Tecnologias especializadas Energia solar e Construção inteligente Energia FV, CSP,CPV Eficiência energética Gestão da energia. Material de silício para energia fotovoltaica. Processos fotovoltaicos para células (Si, orgânicas). Módulos fotovoltaicos. Energia fotovoltaica concentrada. Energia solar concentrada. Gestão e armazenamento da energia renovável. Energia em edifícios 24

25 Instalações com grande capacidade de produção de homo e hetero silício fotovoltaico de tipo p e n 25

26 Instalações de polisilício de grau solar Processos inovadores:. Purificação de boro através de torsh plasmática usando agitação magnética. Purificação de fósforo sob vácuo. Segregação térmica para impurezas metálicas. Produção de lingotes 650 Kg 800 Kg. Métodos de caracterização inéditos da durabilidade de transportadores, Oi, etc. 26

27 Célula FV para aplicações específicas Telhado com telha FV:Novo processo de deposição de laminação Módulos FV semi-rígidos: Módulos de compósito 1.2 Wc 1.6 Wc Contacto: 27

28 Fotovoltaico orgânico (Spin coating) PCDTBT : PC 70 BM em substrato de vidro Rendimento: 5,5% P3HT/PCBM em substrato plástico Rendimento: 3,2% module 1 à 3.19 module 2 à 5.54% module 3 à 3.85% module 4 à 4.82% Courbes I(V) des modules J (ma/cm²) S = 11,04 cm² PCE = 3,2 % Voc = 1,68 V Jsc = 3 ma/cm² FF=63 % Contacto: -4-1,0-0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 V (V) 28

29 Gestão de energia em habitações e edifícios Construção de elevada eficiência energética. Seis diferentes casas teste. Teste de material de construção. Persianas inteligentes. Etc. 29

30 CSP: Arranque da inovadora estação ALSOLEN do Liten CSP CSP 500 KW instalada em Cadarache (França) 30

31 Tecnologias especializadas. Electrólise da água a alta temperatura. Armazenamento e produção de H2. Reciclaggem de CO2 Biomassa e Hidrogénio. Processos de biomassa 2G e 3G. Montagem de material a alta temperatura Biomassa 2G, 3G Prod. e Armazenam. H2 Processos a alta temp. 31

32 Armazenamento de hidrogénio em hidretos metálicos Design, produção e teste de um protótipo de tanque para armazenamento de hidrogénio através de hidretos para veículos pesados 1,9 kg de H 2 armazenados Meia carga em 30 minutos 2.00 H 2 amount (kg) Imagem do tanque e equipamento de teste associado Time (min) Curva de absorção de H2 Contacto: 32

33 Prensa isostática a quente A soldadura de difusão e a densificação do pó permitem a produção de peças complexas, e a união de materiais heterogéneos usando intercamadas de forma a evitar compostos intermetálicos Eficiência energética: reforma, química, geração de energia com energia solar Aplicações de fissão e fusão: bomba da roda para circuito primário, junções heterogéneas, primeiro painel de parede ITER Indústria aeronáutica: impulsor do compressor e difusor em titânio, juntas de transição Contacto: 33

34 Brasagem de SiC, compósitos e cerâmica/metal O Cea-Liten dispõe de uma ampla experiência em brasagem ~ 20 composições de solda ( 900 < T f <2000 C) Mais de 15 anos de experiência: investigação básica (tese) R&D para a indústria (EADS-Astrium, Snecma, Boostec) Forte reactividade da cerâmica com materiais metálicos Ligas básicas sem reactividade com o SiC Sic/Sic BraSiC Novas tecnologias para a energia: Produção de hidrogénio através de electrólise a alta temperatura, geração de energia com solar e termoeléctrica Química, petroquímica, biomassa, farmacologia: permutadores de calor, cerâmica para recuperação de calor, peças de transição Indústria aeroespacial: bicos traseiros, turbina de gás, cerâmica espelho, junções compósito / metal... Contacto: 34

35 Plataforma 2G de Biomassa no Liten Gaseificação de biomass (BTL, SNG): Inovações técnicas para optimizar o processo / recurso e equação e a eficiência de toda a cadeia: - pré-tratamento (moagem, torrefação, pirólise, ) - gaseificação (leito fluidizado, leito arrastado, plasma ) - limpeza de gás (alcatrões, inorgânico, partículas, etc.) Plataforma de R&D de nível experimental: para validar soluções e desenvolver uma base de conhecimento ligada às ferramentas de modelagem. Avaliar e apoiar projectos de centrais-piloto Avaliação de outros mercados: Reforma de biogás, reciclagem de CO 2, biocombustíveis de 3.ª geração, processos híbridos termo-químicos/bioquímicos, soluções de poupança de energia Contacto: 35

36 Tecnologias especializadas Materiais avançados fontes de µ-energia Recuperação de energia Dispositivos plásticos. Recuperação de energia. Fontes de µ-energia. Electrónica orgânica impressa. FV de película fina. Nano fósforos para iluminação. Nanosegurança 36

37 Linha-piloto PICTIC dedicada à electrónica orgânica e primeiras produções Laser Tamarack Jacto de tinta Altadrop CMOS orgânico impresso Fotodetector OPD orgânico RLC e sensor impressos PLED impresso para sinalização Serigrafia EKRA Laser de escrita Kloe Contacto: 37

38 Electrónica orgânica CMOS Resultado: Primeiros curcuitos analógicos e digitais produzidos através de impressão Grafeno Dieléctrico N mobilidade=1 cm 2 /VS Substrato PEN ,E-04 1,E-05 Semi-condutor N Semi-condutor P 1,E-06 1,E-07 1,E-08 1,E-09 1,E-10 1,E-11 1,E-12 1,E-13 1,E-03 1,E-04 1,E-05 1,E-06 1,E-07 1,E-08 1,E-09 1,E-10 1,E-11 1,E-12 1,E-13 Vds -5V Vds -40V P mobilidade=3 cm 2 /VS Vds -5V Vds -40V Vout (V) VDD=40V VDD=20V Time (s) Oscilador anel digital 2,1 KHz At 40V Oscilação até 10V L=20 µm W=1000 µm Vout [Volt] 40 V V- [Volt] Par diferencial Circuito analógico Transferência na linha-piloto Formato 320 x 380 mm: em desenvolvimento Contacto: 38

39 Termoelectricidade de alta performance com materiais nanoestruruturados Previsões teóricas acerca do comportamento térmico de materiais termoeléctricos nano Permuta térmica Módulo termoeléctrico e permutador Contacto:

40 Nano fósforos para iluminação. Nano fósforos AgInS sem quaisquwr terras raras ou Cd ajustável nm = f(concentrações) contenção quântica 5 nm Rendimento quântico após optimização 1 an = 40% (idem CdSe comercial!). Pontos quânticos InP sem terras raras ou emissão de Cd nm = f(dimensão) Difusão 100 nm, objectivo 60 nm Contacto: 40

41 Baterias de lítio de película fina Resistência a alta temperatura (> 260 C) Embalamento padrão da microelectrónica (autónomo, System in Package) Capacidade > 3 µah Aplicação: retenção de dados (RTC, microcontrolador ) BGA 8x8 mm LGA 5x5 mm System In Package Acima de IC Contacto: 41

42 Fotovoltaica de película fina PVD CIGS em metal Rendimento = 6,1%, V OC = 465 mv, J SC = 26.1 ma/cm², FF = 50%, superfície = 0.25 cm² CIGS impresso Rendimento = 8,1%, V OC = 413 mv, J SC = 33 ma/cm², FF = 58%, superfície = 0.25 cm² PVD CZTS em vidro Rendimento = 6 %, V OC = 390 mv, J SC = 31 ma/cm², FF = 49%, superfície = 0.25 cm² Contacto: 42 42

43 Nano catalisadores para fumos de exaustão Redução de Pt na exaustão catalítica através de nanomateriais alcançada através da química organometálica: Pt Pt/Pd ( /4) menos Pt (/4) Pd Si Conversion [%] Eliminação de CO/ hidrocarbonetos (oxidação) e NOx / SOx (redução) Oxidação por CO Température [ C] SiC+Oxydes frais SiC+Oxydes vieilli SiC+Oxydes frais PtX5 SiC+Oxydes frais PtX2 SiC+Oxydes vieilli Ptx2 SiC+Oxydes vieilli Ptx5 Pt Contacto: Materiais híbridos SiO 2, Al 2 0 3,zeólito Number of particles Pt, Pd, Rh, Au, Mn Size / nm 43 mean size: 2.1

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