Brevet FR3092701A1 — publié le 20200814

Description Titre de l'invention : Accumulateur hybride [0001] La présente invention se situe dans le domaine de l'énergie électrique. Elle concerne plus particulièrement un accumulateur hybride. [0002] Un accumulateur électrique est basé sur une technique de conversion réversible d'énergie, destinée à stocker l'énergie électrique dans une énergie différente afin de pouvoir la réutiliser ultérieurement. [0003] Différents types d'accumulateurs existent. Un accumulateur électrochimique fait entrer en jeu des réactions électrochimiques via ses électrodes qui assurent la conversion de l'énergie électrique en un processus chimique réversible. Un avantage est que la tension à ses bornes est peu dépendante de la charge ou du courant débité. Il existe aussi des accumulateurs électriques, tels que les condensateurs, qui fonctionnent en accumulant des charges électriques, permettant de réduire les dimensions à capacité égale, et qui ont l'avantage de fonctionner à très faible température. Cependant leur prix est élevé. [0004] En plus des désavantages précités, les accumulateurs de l'état de la technique sont habituellement fabriqués avec des matériaux toxiques, et produisent des déchets néfastes pour l'environnement lorsqu'ils sont en lin de vie. Ces matériaux sont aussi parfois inflammables, ce qui augmente le coût pour réduire les risques d'accident. De plus ces matériaux sont chers. [0005] Le document US2014315096 propose un électrolyte utilisable à haute température, permettant de stocker de l'énergie et comprenant de l'argile et un liquide ionique. L'argile est maintenue à 600°C pendant une heure pour assurer une cuisson, et mélangée au liquide ionique. L'électrolyte peut être associé à des électrodes pour réaliser un dispositif de stockage d'énergie. [0006] Cependant un accumulateur basé sur un tel électrolyte est difficile et cher à fabriquer. [0007] Un objet de la présente invention est de proposer un accumulateur qui ne soit pas dangereux, notamment pas inflammable, et qui soit facile à recycler lorsqu'il est en fin de vie. [0008] Un autre objet de la présente invention est de proposer un accumulateur qui soit simple et peu cher à fabriquer. [0009] Un autre objet de la présente invention est de proposer un accumulateur ayant une taille réduite et une bonne capacité électrique. [0010] La présente invention a pour objet de répondre au moins en partie aux objets précités en proposant un accumulateur hybride, dont la cathode joue un rôle de condensateur. A cet effet, elle propose un accumulateur comportant un électrolyte, unc cathode et une anode, caractérisé en ce que l'électrolyte comporte au moins 50% en poids d'argile 2 crue, telle qu'une zéolithe pâteuse, et au moins un additif [0011] Grâce à ces dispositions, un accumulateur peu cher est réalisé en matériaux non dangereux ni néfastes pour l'environnement. [0012] Selon d'autres caractéristiques : l'électrolyte peut comporter du charbon actif, dont la structure poreuse présente une surface spécifique très importante, et permet de stocker de nombreux électrons, ce qui grâce à un effet condensateur permet à l'accumulateur de remonter en tension automatiquement lorsqu'il est au repos, l'argile crue peut être une zéolithe pâteuse, dont la structure en cristaux adsorbants permet d'adsorber les ions sur une grande surface spécifique, l'usage de zéolithe permettant également d'ajuster précisément la teneur en eau de l'électrolyte, la cathode peut comporter du cuivre revêtu de graphite, et l'anode comporter de aluminium, ce qui est un mode de réalisation peu cher et confère de bonnes performances électriques à l'accumulateur, le au moins un additif peut comporter des ions Na+, permettant d'augmenter la conductivité ionique de l'électrolyte. [0013] La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un accu- mulateur selon l'invention, comprenant les étapes suivantes : préparation de l'argile crue avec une teneur en eau adaptée pour que l'argile soit pâteuse, ajout d'au moins un produit supplémentaire pour obtenir l'électrolyte, mise en place de l'électrolyte sur une cathode plane. [0014] Grâce à ces dispositions, l'accumulateur selon l'invention peut être fabriqué de façon simple et peu chère. [0015] Selon d'autres caractéristiques : un produit supplémentaire peut être du NaC1, produit peu cher qui permet d'obtenir des ions Na* dans l'électrolyte et donc d'augmenter la conductivité ionique de l'électrolyte, un produit supplémentaire peut être du bicarbonate de sodium, produit peu cher qui permet d'obtenir des ions Na' dans l'électrolyte et donc d'augmenter la conductivité ionique de l'électrolyte, un produit supplémentaire peut être du charbon actif, dont la structure poreuse présente une surface spécifique très importante, et permet de stocker de nombreux électrons, ce qui grâce à un effet condensateur permet à l'accumulateur de remonter en tension automatiquement lorsqu'il est au repos, l'argile peut être préparée à partir d'une zéolithe, dont la structure en cristaux adsorbants permet d'adsorber les ions sur une grande surface spécifique, 3 l'usage de zéolithe permettant également d'ajuster précisément la teneur en eau de l'électrolyte. [0016] La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui fait suite, en référence aux figures annexées dans lesquelles : [0017] [fig.1] est une vue schématique de côté d'une coupe verticale d'un accumulateur selon un mode de réalisation préféré de l'invention. [0018] [fig.2] est une vue schématique de côté d'une coupe verticale d'un accumulateur selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. [0019] L'accumulateur selon l'invention, dont deux modes de réalisation sont représentés en fig. 1 et 2, comporte un électrolyte 1, une cathode 2 et une anode 3. [0020] L'électrolyte 1 comporte au moins 50% en poids d'argile crue et au moins un additif. L'argile est habituellement considérée comme un matériau isolant électriquement, ce qui est le cas lorsqu'il s'agit d'argile cuite. Mais l'argile crue, contenant suffisamment d'eau pour être pâteuse, est un matériau hydraté, qui est conducteur. La structure en strates de l'argile crue convient particulièrement pour stocker des ions, et permet d'utiliser ce matériau pour obtenir un électrolyte. [0021] L'argile crue peut être une zéolithe pâteuse. Dans le cadre de la présente invention, on assimile donc la zéolithe à de l'argile. La zéolithe pâteuse est à comprendre comme un mélange de poudre de zéolithe et d'eau, jusqu'à obtenir une consistance malaxable. [0022] L'additif est dérivé des produits ajoutés à l'argile crue pour obtenir l'électrolyte. Il peut s'agir d'ions, par exemples d'ions Na', dont la présence permet d'améliorer la conductivité ionique de l'électrolyte. [0023] La cathode 2 peut être en cuivre, matériau peu cher et présentant une bonne ré- sistance aux réactions électrochimiques. Il peut également être en titane, ce qui permet une plus grande différence de potentiel, et augmente donc la puissance maximale de l'accumulateur, mais a un coût plus élevé. La cathode 2 peut être recouverte en partie d'un revêtement 4, par exemple en graphite. Un tel revêtement 4 riche en carbone permet d'augmenter l'électronégativité, ce qui crée une grande différence de potentiel avec l'anode 3, et permet également d'augmenter la puissance maximale de l'accumulateur. Un papier buvard peut être disposé autour du graphite, afin d'empêcher le graphite de se mélanger à l'électrolyte. [0024] La cathode 2 se présente de préférence sous la forme d'une plaque, d'une épaisseur par exemple comprise entre 3 et 5 mm, et ayant une surface aussi grande que possible au vu des dimensions et de la forme de l'accumulateur, pour optimiser la puissance de l'accumulateur. [0025] L'électrolyte 1 peut encore comporter du charbon actif. Le charbon actif est capable de stocker des électrons, et de former ainsi un condensateur. La surface spécifique du charbon actif est utile pour permettre aux ions contenus dans l'électrolyte d'interagir avec la cathode 2, mais permet également un stockage d'électrons d'autant plus important que cette surface est plus grande. C'est ainsi qu'on obtient un effet condensateur. De part la surface spécifique importante du charbon actif, on peut obtenir un condensateur de petites dimensions avec une capacité importante. [0026] La présence de charbon actif dans l'électrolyte 1 permet une remontée en tension de l'accumulateur quand il est laissé au repos. Cette fonction est particulièrement intéressante pour un accumulateur dont l'usage est ponctuel. Ceci peut par exemple s'appliquer à un accumulateur alimentant un capteur sans-fil. Un tel capteur a besoin de courant électrique de manière ponctuelle pour effectuer une mesure et envoyer le résultat de la mesure, puis il n'a pas besoin de courant pendant une période, avant la mesure suivante ; pendant cette période, la remontée en tension a le temps de se faire. Une autre application possible est le démarreur d'un véhicule électrique. Il est possible dans ce contexte que l'accumulateur ne soit jamais vide, et que sa fin de vie ne soit duc qu'à la dégradation d'un de ses matériaux, par exemple à l'argile devenu trop sec. [0027] L'anode 3 peut être en aluminium, matériau présentant une bonne résistance aux réactions électrochimiques et permettant d'optimiser la puissance maximale de l'accumulateur, ou en zinc, pour avoir une différence de potentiel plus importante aux bornes de l'accumulateur. [0028] L'accumulateur selon l'invention peut être de dimensions réduites, pour être placé dans des petits appareils. Il peut par exemple tenir dans une enveloppe 5 parallélépipédique. Les dimensions sont à choisir en fonction de l'application, en sachant notamment que la capacité de l'accumulateur est dépendant de la taille de l'électrolyte. [0029] Un exemple de réalisation de l'enveloppe 5 pourrait présenter une largeur de 4 cm, une longueur de 4 cm, et une hauteur de 2 cm. [0030] La cathode 2 peut présenter une épaisseur de 3 à 5 mm, par exemple pour l'exemple ci-dessus, une largeur de 4 cm, et une longueur de 4 cm. [0031] L'enveloppe 5 peut être réalisée en acrylonitrile butadiène styrène (plastique ABS). La boîte peut également être réalisée en aluminium, qui est un métal ayant de bonnes propriétés d'isolation thermique, et permet donc que l'argile conserve longtemps son humidité et sèche moins vite. [0032] L'accumulateur selon l'invention peut être fabriqué en mettant en oeuvre un procédé comprenant les étapes suivantes préparation de l'argile avec une teneur en eau adaptée pour que l'argile soit pâteuse, ce qui permet à l'électrolyte d'être suffisamment hydratée pour être conductrice, et que l'argile soit malaxable pour ajouter un produit supplémentaire, ajout d'au moins un produit supplémentaire pour obtenir l'électrolyte, mise en place de l'électrolyte sur une cathode plane. [0033] Le produit supplémentaire peut être du NaCI et/ou du NaHCO3 et/ou du beurre. Les ions Na dérivés du NaCI ou du NaHCO3 permettent d'améliorer la conductivité ionique, et le beurre permet d'hydrater l'argile, notamment par la présence d'acides carboxylique et/ou butyrique, ce qui améliore également sa conductivité, et permet d'augmenter sa durée de vie. [0034] Le produit supplémentaire peut également être du charbon actif. [0035] Dans un mode de réalisation préféré illustré en fig. 1, le charbon actif est mélangé à l'argile dans l'électrolyte. [0036] Dans un deuxième mode de réalisation illustré en fig. 2, l'argile et le charbon actif ne sont pas mélangés, ce qui résulte en un électrolyte comportant deux parties : une partie argile 1 a, et une partie charbon actif 1 h. On préfèrera alors mettre la cathode 2 en contact avec la partie charbon actif 1 h et l'anode 3 en contact avec la partie argile 1 a. [0037] L'argile peut être une argile brute, qui présente l'avantage d'être peu chère et facile à trouver. [0038] L'argile peut également être réalisée avec de la zéolithe. La zéolithe présente une structure en cristaux adsorbants. Cc matériau permet d'adsorber les ions sur une grande surface spécifique. De plus la teneur en eau peut être ajustable, car la zéolithe se présente habituellement sous forme d'une poudre à mélanger avec de l'eau. [0039] Exemple de réalisation : on peut mélanger 10 à 20g de poudre de zéolithe avec environ lOg d'eau, pour obtenir une zéolithe pâteuse, constituant l'argile crue. On peut ajouter environ 1 à 5g de charbon actif, et un peu de sel de déneigement. On malaxe le tout pour obtenir un mélange homogène, qui constitue alors l'électrolyte. [0040] Bien que la description ci-dessus se base sur des modes de réalisation particuliers, elle n'est nullement limitative de la portée de l'invention, et des modifications peuvent être apportées, notamment par substitution d'équivalents techniques ou par combinaison différente de tout ou partie des caractéristiques développées ci-dessus. 6 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6]