Pr. Abdelhadi KASSIBA

Université du Maine Le Mans, CNRS

Pr. Mohamed RGUITI

Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)

Piezoelectric ceramics and polymers for energy harvesting applications

Abstract

This presentation deals with the study of ceramics and polymers piezoelectric materials developed in the CERAMATHS⁽¹⁾ laboratory of the UPHF⁽²⁾ University (France) for sensors and energy harvesters applications. In these application fields, my research focused on electrical characterizations, energy harvesting, modeling, development of lead-free piezoelectric materials as well as the development of new piezoelectric structures. The aim is to better characterize these materials, to understand their functional properties and to associate them with electromechanical modeling in order to develop new generations of piezoelectric components. I will first present the elaboration and characterization of different PZT⁽³⁾ piezoelectric ceramics for energy harvesting applications then I will present recent works in the laboratory on the development and characterization of PLA⁽⁴⁾ piezoelectric polymers and BCTZ⁽⁵⁾ lead-free piezoelectric ceramic sintered by using microwave heating.

Key words: Piezo-ceramics; piezo-polymers; energy harvesting.

⁽¹⁾CERAMATHS: Laboratoire des Matériaux Céramiques et de Mathématiques.
⁽²⁾UPHF: Université Polytechnique Hauts de France.
⁽³⁾PZT: Lead zirconate titanate.
⁽⁴⁾PLA: Polylactic acid.
⁽⁵⁾BCTZ: Barium titanate doped with calcium and zirconium.

Pr. Abdelilah BENYOUSSEF

Académie Hassan II des Sciences et Techniques, Rabat, Maroc
LaMCScI, Faculté des Sciences, Université Mohammed V, Rabat, Maroc 

L'hydrogène vert comme vecteur d'énergie: production et stockage

Résumé:

La modélisation et la simulation constituent des outils puissants pour comprendre, interpréter et anticiper le comportement des systèmes. Ces approches, complémentaires aux expériences, permettent non seulement de guider celles-ci, mais aussi d’étudier des matériaux et dispositifs dont la fabrication est souvent coûteuse et longue.

Les simulations couvrent un large éventail d’échelles : Microscopique : calculs ab initio et théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) ; Mésoscopique : dynamique moléculaire et simulations de Monte Carlo ; Macroscopique : méthodes des éléments finis pour les milieux
continus.
En sciences et ingénierie, ces méthodes sont essentielles, notamment en science des matériaux. Elles facilitent la conception de nouveaux matériaux et nanomatériaux destinés à diverses applications : conversion et stockage de l’énergie, réfrigération magnétique et
électrique, spintronique, valleytronique, etc.
Cette présentation portera sur la conversion et le stockage de l’énergie, avec un focus particulier sur l’hydrogène en tant que vecteur énergétique. La DFT, méthode basée sur la mécanique quantique, est au cœur de la conception de nouveaux matériaux et nanomatériaux.
En complément, la dynamique moléculaire et les simulations de Monte Carlo permettent d’évaluer leurs propriétés dans des conditions réelles d’utilisation. 

Pour que l’hydrogène devienne un vecteur énergétique propre, sa production doit s’appuyer sur des énergies renouvelables et des procédés sans émissions de gaz à effet de serre. Parmi ces procédés : Électrolyse alimentée par des systèmes photovoltaïques, des centrales solaires thermiques à concentration (CSP) ou des éoliennes ; Thermolyse et procédés thermochimiques utilisant l’énergie solaire concentrée ; Photo-électrolyse, combinant photovoltaïque et concentration solaire ; Photocatalyse, l’un des procédés les plus prometteurs pour produire de l’hydrogène à partir d’énergies renouvelables.
En matière de stockage solide, l’interaction entre l’hydrogène et la surface du matériau de stockage est cruciale. Les matériaux nanostructurés, grâce à leur grande surface spécifique, offrent des performances accrues, augmentant ainsi les capacités de stockage. Des recherches intensives sont en cours pour optimiser ces propriétés.
Cette présentation se concentrera sur la conception de nouveaux nanomatériaux pour la production et le stockage de l’hydrogène. Une attention particulière sera portée sur les matériaux bidimensionnels tels que le phosphorène (analogue du graphène à base de phosphore), le silegraphène, le borographène, l’hydrure de magnésium 2D, le carbure de béryllium, et d’autres nanomatériaux innovants.