Brevet FR3050327A1 (20171020)
REVENDICATIONS1. Système de stockage et de restitution d'énergie électrochimique à flux de particules redox (1000,3000,4000,5000) comportant : - au moins une cellule électrochimique (100,300,400,500) comprenant une enceinte (101,301,401,501) formée par un compartiment anodique (A) et un compartiment cathodique (C) contenant un électrolyte et séparés par un séparateur (102,302,402,502) isolant électrique et perméable aux ions contenus dans l'électrolyte, ledit séparateur étant disposé selon un axe sensiblement vertical ; o ledit compartiment anodique (A) comprenant une électrode négative (104,304,404,504) sous forme d'un lit d'un premier type de particules redox (1) sédimentées baignant dans l'électrolyte (103,303,403,503), ledit compartiment anodique (A) étant défini entre ledit séparateur (102,302,402,502) et un premier collecteur de courant électrique (105,305,405,505) en contact avec ladite électrode négative (104,304,404,504), et ledit compartiment anodique comprenant une entrée (103,306,406,506) à son sommet et une sortie (107,307,407,507) à sa base pour respectivement recevoir et évacuer un flux entrant (10) et un flux sortant (11) du premier type de particules redox (1); o ledit compartiment cathodique (C) comprenant une électrode positive (108,308,408,508) sous forme d'un lit d'un deuxième type de particules redox (2) sédimentées baignant dans l'électrolyte (103,303,403,503), ledit compartiment cathodique (C) étant défini entre ledit séparateur (102,302,402,502) et un deuxième collecteur de courant électrique (109,309,409,509) en contact avec ladite électrode positive (108,308,408,508), et ledit compartiment cathodique comprenant une entrée (110,310,410,510) à son sommet et une sortie (111,311,411,511) à sa base pour respectivement recevoir et évacuer un flux entrant (12) et un flux sortant (13) du deuxième type de particules redox (2) ; o lesdits lits du premier et deuxième type de particules étant mobiles selon un écoulement gravitaire depuis l'entrée (106,110,306,310,406,410,506,510) vers la sortie (107,111,307,311,407,411,507,511) de chacun des compartiments anodique (A) et cathodique (C), et lesdites particules de premier type (1) et de deuxième type (2) étant électriquement conductrices ; des moyens de régulation (318,321,418,421,518,521) des flux entrant (10,12) et des flux sortant (11,13) des particules redox de premier type (1) et de deuxième type (2) ; 3050327 32 - un premier réservoir de stockage (112,312,412,512) pour le premier type de particules redox (1), ledit premier réservoir étant en communication avec le compartiment anodique (A) ; - un deuxième réservoir de stockage (113,313,413,513) pour le deuxième type de 5 particules redox (2), ledit deuxième réservoir étant en communication avec le compartiment cathodique (C) ; lesdites particules redox de premier type (1) et/ou lesdites particules redox de deuxième type (2) comprenant un polymère redox. 10\n<CLM>\1\tSystème selon la revendication 1, dans lequel ledit polymère redox est non soluble dans l'électrolyte ou mis en forme de manière à ne pas être soluble dans l'électrolyte.\n<CLM>\1\tSystème selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les particules redox de premier type (1) et/ou de deuxième type (2) sont des grains solides et poreux, de préférence 15 sensiblement sphériques, formés par moussage dudit polymère redox, et comportant un percolant électronique, tel que du noir de carbone.\n<CLM>\1\tSystème selon la revendication 3, dans lequel les grains sont recouverts d'une couche solide en matériau électriquement conducteur, poreux et perméable à l'électrolyte 20 et ses ions.\n<CLM>\1\tSystème selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les particules redox de premier type (1) et/ou de deuxième type (2) sont des grains solides et poreux, de préférence sensiblement sphériques, formés par un support poreux conducteur comprenant un 25 polymère redox.\n<CLM>\1\tSystème selon la revendication 5, dans lequel les particules redox de premier type (1) et/ou de deuxième type (2) sont obtenues par greffage d'un polymère redox sur ledit support poreux, ou par réticulation dudit polymère redox dans le support poreux, ou par 30 précipitation dudit polymère redox dans ledit support poreux, ou encore par enduit ou imprégnation du support poreux par une encre comportant ledit polymère redox et un percolant électronique.\n<CLM>\1\tSystème selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, dans lequel le support 35 poreux est une sphère constituée d'un matériau conducteur électronique et renfermant 3050327 33 ledit polymère redox, de préférence une sphère de mousse métallique ou de mousse de carbone, ladite mousse de carbone étant de préférence graphitique.\n<CLM>\1\tSystème selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit 5 polymère redox a un squelette vinylique choisi dans le groupe constitué par les polyacrylates, les polyméthacrylates, le polyacrylamide et le polystyrène, et comprend des groupements redox choisis dans le groupe constitué par les radicaux nitroxydes, quinones, quinoxalines, bipyridines, e.g. viologènes, verdazyl et ferrocènes. 10\n<CLM>\1\tSystème selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel ledit polymère est conducteur électronique, de préférence choisi dans le groupe constitué par la polyaniline, le polypyrrole, le polythiophène.\n<CLM>\1\tSystème selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les 15 particules redox de premier type (1) ont une taille au moins 10 fois plus petite qu'une première largeur définie entre le séparateur (102,302,402,502) et le premier collecteur de courant (105,305,405,505), et les particules redox de deuxième type (2) ont une taille au moins 10 fois plus petite qu'une deuxième largeur définie entre le séparateur (102,302,402,502) et le deuxième collecteur de courant (109,309,409,509), les particules 20 redox de premier type (1) et les particules redox de deuxième type (2) ayant de préférence un diamètre moyen compris entre 100 lm et 5 mm, et plus préférentiellement compris entre 500 lm et 2 mm.\n<CLM>\1\tSystème selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le 25 premier type de particules redox (1) et le deuxième type de particules redox (2) comprennent chacun un polymère redox.\n<CLM>\1\tSystème selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre des moyens de circulation de l'électrolyte pour faire circuler l'électrolyte (403,503) 30 hors de ladite enceinte (401,501).\n<CLM>\1\tSystème selon la revendication 12, comprenant en outre : - une cuve (414) contenant l'électrolyte (403) et comportant une première zone (415) communiquant avec la sortie (407) du compartiment anodique (A) pour recueillir le flux 35 sortant du premier type de particules redox (1) et une deuxième zone (416) 3050327 34 communiquant avec la sortie (411) du compartiment cathodique (C) pour recueillir le flux sortant du deuxième type de particules redox (2), lesdites première et deuxième zones (415,416) étant séparées par une paroi (419) ; - une première conduite (422) munie d'une première pompe (425) pour assurer le 5 transport d'un premier mélange comprenant l'électrolyte (403) et les particules redox de premier type (1) depuis la première zone (415) de la cuve (414) jusqu'au premier réservoir (412) ; et - une deuxième conduite (423) munie d'une deuxième pompe (424) pour assurer le transport d'un deuxième mélange comprenant l'électrolyte (403) et les particules redox de 10 deuxième type (2) depuis la deuxième zone (416) de la cuve (414) jusqu'au deuxième réservoir (413) ; - des moyens de séparation (427), tel qu'un tamis, dans chacun des réservoirs (412,413) pour séparer les particules de l'électrolyte (403) contenus dans chacun des premier et deuxième mélanges, 15 - des moyens d'alimentation (420) reliant respectivement le premier réservoir (412) au compartiment anodique (A) et le deuxième réservoir (413) au compartiment cathodique (C) pour alimenter ledit compartiment anodique (A) en particules redox de premier type (1) et ledit compartiment cathodique (C) en particules redox de deuxième type (2), lesdits moyens d'alimentation (420) comprenant les moyens de régulation (421) du flux entrant 20 de particules redox ; - des moyens d'introduction (425,426) de l'électrolyte (403) issu des réservoirs (412,413) dans ladite cuve (414) ; et dans lequel les moyens de circulation de l'électrolyte comprennent les première et deuxième conduites (422,423) et les moyens d'introduction de l'électrolyte (420). 25\n<CLM>\1\tSystème selon la revendication 12, comprenant en outre : - un dispositif de récupération de l'électrolyte (503) et des particules redox, ledit dispositif de récupération étant positionné en aval des sorties (507,511) des compartiments anodique (A) et cathodique (C), ledit dispositif de récupération comportant un récipient 30 (514) muni d'un fond (524) surmonté d'un tamis (525) pour retenir les particules redox de premier type (1) et de deuxième type (2) dans deux zones séparées (515,516) du récipient (514) recevant chacune un type de particules redox, et pour laisser passer l'électrolyte (503) dans le fond (524) du récipient (514) ; et 3050327 - un système de conduites (526) muni d'une pompe (527) pour transporter l'électrolyte (503) depuis le fond (524) du récipient (514) jusqu'en tête des compartiments (A,C) de l'enceinte (501) ; les moyens de circulation de l'électrolyte (503) comprenant ledit système de conduites 5 (526).\n<CLM>\1\tSystème selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, comprenant en outre : - une cuve (314,414) contenant l'électrolyte (303,403) et comportant une première zone (315,415) communiquant avec la sortie (307,407) du compartiment anodique (A) pour 10 recueillir le flux sortant du premier type de particules redox (1) et une deuxième zone (316,416) communiquant avec la sortie (311,411) du compartiment cathodique (C) pour recueillir le flux sortant du deuxième type de particules redox (2), lesdites première et deuxième zones (315,415,316,416) étant séparées par une paroi (319,419) ; - des premier moyens de transport (322,422,425) du premier type de particules redox (1) 15 depuis ladite cuve (314,414) jusqu'au premier réservoir (312,412); - des deuxième moyens de transport (323,423,424) du deuxième type de particules redox (2) depuis ladite cuve (314,414) jusqu'au deuxième réservoir (313,413) ; - des moyens d'alimentation (320,420) reliant respectivement le premier réservoir (312,412) au compartiment anodique (A) et le deuxième réservoir (313,413) au 20 compartiment cathodique (C) pour alimenter ledit compartiment anodique (A) en particules de premier type (1) et ledit compartiment cathodique (C) en particules de deuxième type (2), lesdits moyens d'alimentation (320,420) comprenant les moyens de régulation (32,4211) du flux entrant de particules. 25\n<CLM>\1\tSystème selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits premier et/ou deuxième moyens de transport sont mécaniques (322,323), et comprennent de préférence un système de vis sans fin.\n<CLM>\1\tSystème selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le 30 premier réservoir de stockage (112,312,412,512) et/ou le deuxième réservoir de stockage (113,313,413,513) comprend des moyens de brassage des particules. 3050327 36\n<CLM>\1\tProcédé de stockage et de restitution d'énergie électrochimique mettant en oeuvre un système (1000,3000,4000,5000) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel : - on fait circuler le premier type de particules redox électriquement conductrices (1) entre 5 le premier réservoir de stockage (112,312,412,512) et le compartiment anodique (A) de la cellule électrochimique (100,300,400,500), et on fait circuler le deuxième type de particules redox électriquement conductrices (2) entre le deuxième réservoir de stockage (113,313,413,513) et le compartiment cathodique (C) de ladite cellule (100,300,400,500), ledit premier type de particules (1) et/ou ledit deuxième type de particules (2) comprenant 10 un polymère redox ; - on réalise des réactions redox dans les compartiments anodique (A) et cathodique (C) de ladite cellule (100,300,400,500) et on collecte le courant généré par les réactions redox au moyen des collecteurs de courant (105,109,305,309,405,409,505,509) afin de stocker ou de restituer de l'énergie électrochimique ; 15 - on détermine le flux entrant (10,12) et le flux sortant (11,13) pour chacun des premier et deuxième types de particules (1,2) de manière à créer un écoulement gravitaire desdites particules dans chacun desdits compartiments anodique (A) et cathodique (C) pour former le lit mobile de particules sédimentées (104,108,304,308,404,408,504,508) tel que les réactions redox et la conduction électrique sont assurées par percolation des électrons et 20 de l'électrolyte (103,303,403,503) dans les particules sédimentées du lit mobile (104,108,304,308,404,408,504,508).\n<CLM>\1\tUtilisation d'un système de stockage et de restitution d'énergie électrochimique selon l'une des revendications précédentes 1 à 17, comprenant de préférence une 25 pluralité de cellules électrochimiques, pour le stockage stationnaire de l'énergie électrique, de préférence le stockage stationnaire de l'énergie électrique provenant de sources d'énergies renouvelables, de préférence provenant de systèmes photovoltaïques ou éoliens.