Brevet FR3039323A1 (20170127)
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 formant 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 allongé verticalement et 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 allongé verticalement et 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 3039323 27 (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) ; 5 - 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 particules redox (2), ledit deuxième réservoir étant en communication avec le 10 compartiment cathodique (C).\n<CLM>\1\tSystème selon la revendication 1, comprenant en outre des moyens de circulation de l'électrolyte pour faire circuler l'électrolyte (403,503) hors de ladite enceinte (401,501). 15\n<CLM>\1\tSystème selon la revendication 2, 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 sortant du premier type de particules redox (1) et une deuxième zone (416) communiquant avec la sortie (411) du compartiment cathodique (C) pour recueillir le flux 20 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 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 25 (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 deuxième type (2) depuis la deuxième zone (416) de la cuve (414) jusqu'au deuxième réservoir (413) ; 30 - 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, - des moyens d'alimentation (420) reliant respectivement le premier réservoir (412) au compartiment anodique (A) et le deuxième réservoir (413) au compartiment cathodique 3039323 28 (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 de particules redox ; 5 - 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). 10\n<CLM>\1\tSystème selon la revendication 2, 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 (514) muni d'un fond (524) surmonté d'un tamis (525) pour retenir les particules redox de 15 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 - 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 20 l'enceinte (501) ; les moyens de circulation de l'électrolyte (503) comprenant ledit système de conduites (526).\n<CLM>\1\tSystème selon la revendication 1, comprenant en outre : 25 - 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 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 30 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) 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) ; 3039323 29 - des moyens d'alimentation (320,420) reliant respectivement le premier réservoir (312,412) au compartiment anodique (A) et le deuxième réservoir (313,413) au compartiment cathodique (C) pour alimenter ledit compartiment anodique (A) en particules de premier type (1) et ledit compartiment cathodique (C) en particules de 5 deuxième type (2), lesdits moyens d'alimentation (320,420) comprenant les moyens de régulation (32,4211) du flux entrant de particules.\n<CLM>\1\tSystème selon la revendication 5, dans lequel lesdits premier et/ou deuxième moyens de transport sont mécaniques (322,323), et comprennent de préférence un 10 système de vis sans fin.\n<CLM>\1\tSystème selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le 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. 15\n<CLM>\1\tSystème selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier type de particules redox (1) et le deuxième type de particules redox (2) comprennent des composés non solubles dans l'électrolyte. 20\n<CLM>\1\tSystème selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier type de particules redox (1) comprend le couple redox Pb/Pb504 et le deuxième type de particules redox (2) comprend le couple redox Pb02/Pb504, l'électrolyte étant aqueux et comprenant de l'acide sulfurique H2504. 25\n<CLM>\1\tSystème selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le premier type de particules redox (1) comprend le couple redox Cd/Cd(OH)2 ou un couple redox M/MH comportant un hydrure métallique M, et le deuxième type de particules redox (2) comprend le couple redox Ni0OH/Ni(OH)2, l'électrolyte étant aqueux et comprenant de l'hydroxyde de potassium KOH. 30\n<CLM>\1\tSystème selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le premier type (1) et le deuxième type (2) de particules redox comprennent chacun un couple redox d'électrodes de batteries de type lithium-ion, le premier type de particules redox (1) comportant un composé choisi dans le groupe constitué par du carbone, du titanate de lithium de formule 3039323 30 Li4Ti6012, des métaux formant des alliages intermétalliques avec le lithium ou des matériaux composites comprenant lesdits alliages et du carbone, et le deuxième type de particules redox (2) comportant un composé choisi dans le groupe constitué par les oxydes de métaux 2D de structure LiMx02, avec Mx étant un ou plusieurs métaux, de 5 préférence choisi parmi Mn, Co, Ni ou Al et leurs dérivés de type Li-rich présentant des sur-stoechiométries en Li, les composés de structure spinelle de structure LiMy204, avec My étant un métal tel que Mn, ou leurs dérivés tel que LiMni 6Ni0602, les composés de la famille des olivines de type LiMzPO4 avec Mz étant un métal choisi parmi Fe, Co, Mn, ou Ni, l'électrolyte étant un mélange de solvants comprenant des carbonates d'alkyles et d'un 10 sel dissous de type LiPF6.\n<CLM>\1\tSystème selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les particules redox de premier type (1) et/ou de deuxième type (2) sont des sphères solides et poreuses formées de composés chimiques d'un couple redox, lesdits composés étant 15 conducteurs électroniques sous leur forme réduite et oxydée.\n<CLM>\1\tSystème selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel les particules redox de premier type (1) et/ou de deuxième type (2) sont des sphères de mousse métallique ou de mousse de carbone renfermant les composés chimiques d'un couple redox, et de 20 préférence renfermant en outre un percolant électronique, tel que du noir de carbone, et/ou un liant.\n<CLM>\1\tSystème selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel les particules redox de premier type (1) et/ou de deuxième type (2) sont des sphères formées par les composés 25 chimiques d'un couples redox en association avec un percolant électronique, lesdites sphères étant recouvertes par une couche solide conductrice électrique, poreuse et perméable aux ions de l'électrolyte.\n<CLM>\1\tProcédé de stockage et de restitution d'énergie électrochimique mettant en oeuvre 30 un système (1000,3000,4000,5000) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel : - on fait circuler le premier type de particules redox électriquement conductrices (1) entre 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 3039323 31 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) ; - 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 5 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 ; - 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 10 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 de l'électrolyte (103,303,403,503) dans les particules sédimentées du lit mobile (104,108,304,308,404,408,504,508).