INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
De manière inattendue, la Demanderesse a découvert que le remplacement d’une partie de l’eau qui solvate les molécules par un alcool ou un mélange d’alcools dans certaines proportions permettait de répondre totalement ou en partie à ces problématiques, et permettait d’obtenir des batteries (ou systèmes électrochimiques) comprenant un composé viologène aux propriétés intéressantes afin de résoudre les inconvénients des systèmes de l’art antérieur.
Le négolyte contient ainsi un solvant sous forme d’une solution hydro-alcoolique à une teneur en eau supérieure ou égale à 50%.
Les alcools utilisés doivent en effet être miscibles avec l’eau dans les proportions utilisées. La concentration en alcool nécessaire pour améliorer les performances des systèmes électrochimiques selon l’invention est au minimum de 5% en volume et ne doit pas dépasser 50 % du volume de solvant (eau + alcool) pour garder les atouts des batteries à circulation aqueuses (solubilité des sels et des molécules, conductivité, ininflammabilité…).
Une liste non exhaustive des alcools potentiellement utiles pour l’invention est la suivante : méthanol, éthanol, 1-propanol, isopropanol, 1-butanol, 2-butanol, tert -butanol, isobutanol, phénol, éthylène glycol.
De manière fortuite, il a été en outre remarqué que l’utilisation de certains alcools, en concentration suffisante, améliorait de manière significative la réversibilité des réactions redox, en particulier pour la deuxième réduction des viologènes. Cette propriété inattendue des batteries à circulation selon l’invention se matérialise sur les courbes de voltampérométrie cyclique, mais aussi et surtout, sur les performances en charge et décharge des batteries constituées d’un tel négolyte.
Sans vouloir être lié par une quelconque théorie, l’utilisation de ces alcools dans une solution hydroalcoolique permet de changer l’état de surface des électrodes pour éviter leur adsorption forte, augmenter la réversibilité des réactions électrochimiques, modifier le potentiel chimique de l’eau et éviter son transfert d’un compartiment à l’autre, favoriser la solvatation des viologènes et éviter leur agrégation voire leur sédimentation ou dépôt à la surface de l’électrode.
Dans un mode de réalisation, on peut utiliser le méthanol.
Dans un autre mode de réalisation, on peut utiliser l’éthanol.
Dans un troisième mode de réalisation, on peut utiliser le tert -butanol.
Dans un quatrième mode de réalisation, on peut utiliser l’isopropanol.
Le négolyte contient également au moins un sel support, nécessaire pour une conductivité ionique suffisante et le transfert de charge sous forme ionique au travers de la membrane lors des cycles de charge et de décharge de la batterie, le sel support provenant soit du sel associé au viologène, soit d’un sel ajouté, soit des deux à la fois.
Le sel support peut être un sel directement associé au motif viologène ou peut être un sel support ajouté indépendamment. De préférence on ajoute un sel support indépendamment et en complément des éventuels sels associés au composé de type viologène dans le négolyte.
Ledit au moins un sel peut être choisi parmi tous les sels connus de l’homme du métier, pris seuls ou en mélange, notamment NaCl, NaClO 4 , LiCl , ou plus généralement tout sel de formule A-B :
Dans lequel A est un cation choisi parmi Na + , K + , Li + , NR 4 + , R-pyridinium, R,R’- pyrrolidium, ou R,R’- imidazolium; R étant un radical hydrogène, alkyl, cycloalkyl, hétérocyclyl, aryl, ou hétéroaryl; et B est un anion choisi parmi F - , Cl - , Br - , SO 4 2- , SO 3 - , BO 3 3- , B 4 O 7 2- ,OH - , CO 3 2- , ClO 4 - , H 2 PO 4 - , HPO 4 2- , PO 4 3- , NO 3 - , N 3 - , CN - , -N(CN) 2 - , or SCN - .
Le sel ou les mélanges de sels sont préférentiellement sélectionnés parmi NaCl, KCl, NH 4 Cl. De manière plus préférée, le sel support est KCl.
Le posolyte peut contenir également au moins un sel support, de préférence tel que décrit ci-dessus. Dans ce cas, chacun des électrolytes (positif et négatif) contient au moins un sel support, identique ou différent, pris seul ou en mélange.
Une deuxième phase f2) correspond à l’introduction d’espèces légères dans le substrat donneur 21 pour former un plan fragile enterré 22 délimitant, avec une face avant 21a du substrat donneur 21, la couche utile 20 à transférer ( ).
Les espèces légères sont préférentiellement de l’hydrogène, de l’hélium ou une co-implantation de ces deux espèces, et sont implantées à une profondeur déterminée dans le substrat donneur 21, cohérente avec l’épaisseur de la couche utile 20 visée. Ces espèces légères vont former, autour de la profondeur déterminée, des microcavités distribuées dans une fine couche parallèle à la surface libre 21a du substrat donneur 21, soit parallèle au plan (x,y) sur les figures. On appelle cette fine couche le plan fragile enterré 22, par souci de simplification.
L’énergie d’implantation des espèces légères est choisie de manière à atteindre la profondeur déterminée. Par exemple, des ions hydrogène seront implantés à une énergie comprise entre 10 keV et 250 keV, et à une dose comprise entre 5 E 16/cm 2 et 1 E 17/cm 2 , pour délimiter une couche utile 20 présentant une épaisseur de l’ordre de 100nm à 1500nm. Notons qu’une couche de protection pourra être déposée sur la face avant 21a du substrat donneur 21, préalablement à l’étape d’implantation ionique. Cette couche de protection peut être composée par un matériau tel que l’oxyde de silicium ou le nitrure de silicium par exemple. Elle est retirée préalablement à la phase suivante.
Optionnellement, une couche intermédiaire 4 peut être formée sur la face avant 21a du substrat donneur 21, avant ou après la deuxième phase f2) d’introduction des espèces légères (figures 3b, 3c, 3d, 3e). Cette couche intermédiaire 4 peut être en un matériau semi-conducteur, par exemple silicium ou carbure de silicium, ou en un matériau métallique tel que le tungstène, le titane, etc. L’épaisseur de la couche intermédiaire 4 est avantageusement limitée, typiquement entre quelques nanomètres et quelques dizaines de nanomètres.
Dans le cas où la couche intermédiaire 4 est formée avant la phase f2), l’énergie d’implantation (et potentiellement la dose) des espèces légères sera ajustée à la traversée de cette couche supplémentaire. Dans le cas où la couche intermédiaire 4 est formée après la phase f2), on prendra soin de former cette couche en appliquant un budget thermique inférieur au budget thermique de bullage, ledit budget thermique de bullage correspondant à l’apparition de cloques à la surface du substrat donneur 21 du fait d’une croissance et d’une mise sous pression trop importante des microcavités dans le plan fragile enterré 22.
L’étape f) de transfert comprend ensuite une troisième phase f3) d’assemblage du substrat donneur 21, du côté de sa face avant 21a, sur le substrat support 10, du côté de sa première face 10a ou de sa deuxième face 10b, par collage par adhésion moléculaire, le long d’une interface de collage 30 ( ).
De manière optionnelle, une couche intermédiaire 4’ peut également être déposée sur la face à assembler du substrat support 10, préalablement à la phase f3) d’assemblage (figures 3d, 3e) ; elle peut être choisie de même nature ou de nature différente de la couche intermédiaire 4 évoquée pour le substrat donneur 21. Une couche intermédiaire 4,4’ peut éventuellement n’être déposée que sur l’un ou l’autre des deux substrats 21,10 à assembler.
L’objectif de la (ou des) couche(s) intermédiaire(s) est essentiellement de favoriser l’énergie de collage (notamment dans la gamme de températures inférieures à 1100°C), du fait de la formation de liaisons covalentes à plus basses températures que dans le cas de deux surfaces SiC assemblées directement ; un autre avantage de cette(ces) couche(s) intermédiaire(s) peut être d’améliorer la conduction électrique verticale de l’interface de collage 30.
Selon une variante envisageable, la couche intermédiaire peut être formée par le film raidisseur 3 en carbone, conservé sur la première face 10a du substrat support 10 (figures 3a, 3c). Dans ce cas, l’étape e) du procédé de fabrication selon l’invention n’est pas réalisée et la face à assembler du substrat support 10 est sa première face 10a munie du film 3. Pour favoriser la conduction électrique verticale à travers le film raidisseur 3, dans la structure composite 100 finale, on privilégiera un film en carbone avec une structure cristallographique de type diamant.
De manière optionnelle, un film additionnel 5 en carbone est disposé sur la face opposée à la face à assembler du substrat support 10, toujours préalablement à la phase f3) d’assemblage ( ). Ses caractéristiques peuvent par exemple être choisies parmi celles proposées pour le film raidisseur 3 précédemment dans cette description.
Même si la présence de ce film additionnel 5 a été illustré sur la en combinaison de couches intermédiaires 4,4’ sur les faces à assembler respectivement du substrat donneur 21 et du substrat support 10, ce film additionnel 5 peut être mis en œuvre dans l’une quelconque des configurations possibles évoquées, notamment celles illustrées sur les figures 3a à 3c.
Le film additionnel 5 pourra être retiré ultérieurement, préférentiellement après que la structure composite 100 ait subi tous traitements thermiques à températures supérieures à 1400°C requis pour sa fabrication ou celle de composants sur et/ou dans ladite structure 100.
Revenant à la description de la phase f3) d’assemblage, et comme cela est bien connu en soi, le collage direct par adhésion moléculaire ne nécessite pas une matière adhésive, car des liaisons s’établissent à l’échelle atomique entre les surfaces assemblées. Plusieurs types de collage par adhésion moléculaire existent, qui diffèrent notamment par leurs conditions de température, de pression, d’atmosphère ou de traitements préalables à la mise en contact des surfaces. On peut citer le collage à température ambiante avec ou sans activation préalable par plasma des surfaces à assembler, le collage par diffusion atomique (« Atomic diffusion bonding » ou ADB selon la terminologie anglo-saxonne), le collage avec activation de surface (« Surface-activated bonding » ou SAB), etc.
La phase f3) d’assemblage peut comprendre, préalablement à la mise en contact des faces 21a,10a à assembler, des séquences classiques de nettoyages par voie chimique (par exemple, nettoyage RCA), d’activation de surface (par exemple, par plasma oxygène ou azote) ou autres préparations de surface (telles que le nettoyage par brossage (« scrubbing »)), susceptibles de favoriser la qualité de l’interface de collage 30 (faible défectivité, forte énergie d’adhésion).
Enfin, une quatrième phase f4) comprend la séparation le long du plan fragile enterré 22, qui mène au report de la couche utile 20 sur le substrat support 10 ( ).
La séparation le long du plan fragile enterré 22 s’opère habituellement par l’application d’un traitement thermique à une température comprise entre 800°C et 1200°C. Un tel traitement thermique induit le développement des cavités et microfissures dans le plan fragile enterré 22, et leur mise sous pression par les espèces légères présentes sous forme gazeuse, jusqu’à la propagation d’une fracture le long dudit plan fragile 22. Alternativement ou conjointement, une sollicitation mécanique peut être appliquée à l’ensemble collé et en particulier au niveau du plan fragile enterré 22, de manière à propager ou aider à propager mécaniquement la fracture menant à la séparation. A l’issue de cette séparation, on obtient d’une part la structure semi-conductrice 100 comprenant le substrat support 10 et la couche utile 20 transférée en SiC monocristallin, et d’autre part, le reste 21’ du substrat donneur. Le niveau et le type de dopage de la couche utile 20 sont définis par le choix des propriétés du substrat donneur 21 ou peuvent être ajustés ultérieurement via les techniques connues de dopage de couches semi-conductrices.
la est une vue en perspective d’un mode de réalisation d’un dispositif de compression d’air pour un aéronef selon l’art antérieur ; et,
la est une représentation schématique d’un mode de réalisation d’un dispositif de compression d’air pour un aéronef selon l’invention.
Description détaillée de l'invention En référence à la , nous allons maintenant décrire un mode de réalisation d’un dispositif de compression d’air selon l’invention. Le dispositif de compression d’air décrit est un dispositif de compression d’air pour un aéronef toutefois l’architecture de ce dispositif de compression d’air est utilisable pour d’autres types de véhicules comme par exemple une automobile.
Le dispositif de compression d’air 401 comprend un compresseur électrique 403. Un flux d’air 427 est admis dans le compresseur électrique, au niveau d’une entrée d’air 435, puis est comprimé par une roue de compression 407 du compresseur électrique 403. Le compresseur est dit électrique dans la mesure où la roue de compression 407 est montée sur un arbre 409 qui est solidaire d’un rotor d’un moteur électrique 411.
Un flux d’air comprimé 413 est donc généré par le compresseur électrique 403 au niveau de la sortie d’air 405, par l’intermédiaire de la roue de compression 407.
Le dispositif de compression d’air 401 comprend également un turbocompresseur 415 qui comprend une roue de compression 417 et une turbine 419 qui sont toutes les deux montées sur un même arbre 421.
Dans l’exemple représenté, le turbocompresseur 415 est uniquement représenté schématiquement par la roue de compression 417, l’arbre 421 et la turbine 419. L’homme du métier appréciera que l’invention s’applique à tout type de turbocompresseur.
En outre, dans l’exemple représenté, le turbocompresseur 415 est dit mécanique c’est-à-dire que la roue de compression 417 et la turbine 419 sont uniquement entrainées en rotation par une énergie mécanique sans utiliser une énergie électrique ou un autre type d’énergie.
Le turbocompresseur 415 est configuré pour générer, au niveau d’une sortie d’air (non-représenté), par l’intermédiaire de la roue de compression 417, un flux d’air comprimé 423a.
Dans l’exemple représenté, c’est ce flux d’air comprimé 423a qui sert à alimenter un système d’un aéronef en air comprimé. La valeur de la pression de l’air du flux d’air comprimé 423a peut être, dans un exemple non-limitatif, d’environ 2850 hectopascal alors que la valeur de la pression du flux d’air comprimé 413 est d’environ 1400 hectopascal et celle du flux d’air 427 en entrée est d’environ 800 hectopascal.
En outre, un système d’un aéronef alimenté par ce flux peut être, par exemple, un système de pressurisation d’une cabine, un système d’inertage d’un réservoir ou encore une pile à combustion.
Dans le dispositif de compression d’air 401 le turbocompresseur 415 est indépendant et séparé du compresseur électrique 403, c’est-à-dire qu’aucun élément du turbocompresseur 415 n’est intégré au compresseur électrique 403. L’arbre 409 est distinct de l’arbre 421 et le turbocompresseur est situé en dehors d’une enveloppe externe 425 du compresseur électrique 403.
En outre, la roue de compression 417 est alimentée par le flux d’air comprimé 413 qui est issu de la sortie d’air 405 du compresseur électrique 403.
De plus, l’utilisation du turbocompresseur permet de récupérer une partie de l’énergie utilisée pour alimenter le ou les systèmes de l’aéronef. Ainsi, dans l’exemple représenté, le flux d’air comprimé 423b en sortie du système 429 est utilisé pour alimenter la turbine 419 du turbocompresseur 415.
Le fait que, d’une part, le compresseur électrique 403 et le turbocompresseur 415 soient séparés et, d’autre part, le turbocompresseur 415 utilise en entrée le flux d’air comprimé 423a issu du compresseur électrique 403 permet d’atteindre un taux de compression élevé (par exemple supérieur à 3,5) pour le dispositif de compression d’air 401 en décomposant ce taux de compression entre le compresseur électrique 403 et le turbocompresseur 415.
La conservation de certaines caractéristiques tout en améliorant d’autres caractéristique, en particulier la compressibilité, permet d’utiliser la poudre d’oxyde métallique pour la fabrication de même pièces, mais avec des procédés de fabrication différentes, en particulier des procédés de fabrication nécessitant une bonne coulabilité de la poudre d’oxyde métallique.
Par exemple, une bonne coulabilité de la poudre d’oxyde métallique est favorable à son utilisation pour la réalisation de pièces mécaniques par fabrication additive.
La réalisation du séchage par atomisation est la manière de procédé préférée car un tel séchage permet de manipuler plus facilement la poudre d’oxyde métallique, qui est très fine et présente une très faible densité (typiquement une masse volumique inférieure à 300 kg/m3) car elle est intégrée dans une suspension liquide.
La réalisation du séchage par atomisation permet de générer des agglomérats réguliers (proche de grains sphériques) et une distribution granulométrique resserrée et facilement réglable par ajustement de paramètres du séchage par atomisation, tel que la vitesse de rotation de la turbine, si le séchage par atomisation est réalisée à l’aide d’une turbine, ou la pression d’entrée d’une buse de pulvérisation, si le séchage par atomisation est réalisée à l’aide d’une buse de pulvérisation.
D’autres procédés de granulation, telle qu’un procédé de granulation utilisant un lit fluidisé ou un mélangeur, poseraient des problèmes avec la poudre d’oxyde métallique non granulée, une telle poudre d’oxyde métallique non granulée étant difficilement « fluidisable » et/ou imposant de très gros volumes d’équipement du fait de sa faible densité.
De tels procédé de granulation peuvent générer des agglomérats plus irréguliers et une distribution granulométrique plus étalée que ce qui est obtenu avec le procédé de séchage par atomisation.
Installation de traitement de fluide fonctionnant sous pression mettant en œuvre un lit fluidisé de particules de média adsorbant. Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine du traitement de fluides tels que des eaux par passage dans un réacteur contenant des particules de média adsorbant.
Plus précisément, l’invention se rapporte à une installation mettant en œuvre de telles particules sous forme d’un lit fluidisé.
La présente invention est adaptée à l’abattement des substances organiques, des micropolluants et/ou des ions métalliques dans une eau à l’aide de charbon actif à titre de média adsorbant.
Art antérieur Il existe dans l’art antérieur diverses installations pour le traitement des fluides tels que les eaux mettant en œuvre des lits fluidisés de particules de média adsorbant permettant de fixer sur celles-ci différents types de composés indésirables présents dans les fluides en question. De telles installations permettent de maximiser l’action adsorbante de ces particules tout en minimisant les pertes de charges occasionnées par les lits fixes de particules.
La vitesse minimale de fluidisation d’un lit de média constitué de particules solides est la vitesse minimale que doit avoir un fluide circulant de bas en haut pour permettre une légère mise en mouvement des particules qui se mettent en suspension. Elle dépend de la taille et de la densité des particules solides ainsi que de la viscosité du fluide. Quand la vitesse du fluide devient supérieure à la vitesse minimale de fluidisation le lit de particules solides connaît un phénomène d’expansion dans le réacteur, caractérisé par un taux d’expansion. Le taux d’expansion correspond à l’augmentation de la hauteur du lit lors du passage du fluide à la vitesse de fluidisation par rapport à la hauteur du lit au repos. Pour un lit de particules donné, l’expansion est équivalente à la mise en suspension des particules. L’expansion des particules change en fonction de la vitesse ascendante. En augmentant de façon progressive cette vitesse, l’expansion passe d’un état d’immobilité à un état où les particules se mettent en suspension pour obtenir une hauteur pouvant aller jusqu’au double de la hauteur initiale (hauteur au repos). Dans ce cas, les particules deviennent indépendantes les unes des autres.
En pratique, afin d’utiliser toute la masse de charbon actif présente dans le réacteur, le lit de charbon actif doit généralement être fluidisé à un taux d’expansion qui peut être théoriquement compris entre 10 et 100 %. En dessous de 10 %, la surface spécifique du media peut ne pas être totalement utilisée pour l’adsorption.
Ainsi, la mise en œuvre des installations comprenant de tels lits fluidisés nécessite un contrôle accru de la vitesse de fluide ascendant permettant de trouver le moins mauvais compromis, pour une gamme de granulométrie de particules donnée, entre d’une part une expansion suffisante du lit, notamment des particules de plus grande granulométrie, et d’autre part la fuite limitée des particules de plus faible granulométrie. Il est cependant quasiment impossible de favoriser l’un sans que cela ne soit au détriment de l’autre.
La demande de brevet FR2874913 décrit ainsi un procédé de traitement d’eaux mettant en œuvre un lit de charbon actif fluidisé dans un réacteur, dans lequel la vitesse de fluidisation du charbon actif et les caractéristiques de celui-ci doivent être précisément choisies pour assurer une séparation gravitaire, en partie haute du réacteur, entre les particules de charbon actif et le fluide, le fluide traité essentiellement exempt de charbon actif étant récupéré par surverse à la sortie de celui-ci.
La fuite de charbon actif est en effet particulièrement préjudiciable puisqu’elle entraîne un surcoût résultant notamment de la réinjection de charbon actif neuf pour compenser cette perte. De plus elle entraîne une surcharge, non nécessaire, en matières en suspension (MES) dans le fluide traité, surcharge qui doit être absorbée par des filtres disposés en aval du procédé de traitement par flux ascendant qui ont donc tendance à se colmater plus rapidement.
La demande de brevet FR308145 décrit quant à elle un procédé de traitement d’un fluide mettant en œuvre un réacteur à flux ascendant contenant un lit fluidisé de particules de média adsorbant et qui présente, dans sa partie supérieure, des moyens de déflexion de fluide destinés à réduire la vitesse du flux ascendant de fluide et permettant de former une zone de tranquillité de fluide. Les particules de média adsorbant, notamment celles de plus faible taille, viennent buter contre le moyen de déflexion et du fait du ralentissement de la vitesse du flux ascendant au niveau du moyen de déflexion, retombent vers le bas du réacteur. La zone en aval est ainsi quasi exempte de particules de média adsorbant et un fluide traité exempt de particules de média adsorbant en suspension peut être récupéré.
-un réservoir de posolyte (4)
-un réservoir de négolyte (5)
- une cellule élémentaire (6) constituée de deux compartiments séparés par une membrane échangeuse d’ions (2) comprenant respectivement ledit négolyte et ledit posolyte,
- une électrode poreuse (3) dans chaque compartiment.
Liste des figures [Fig 1] La représente le schéma de fonctionnement d’une batterie à circulation.
[FIg 2] La représente des exemples de composés viologènes.
La figure 2a représente la formule chimique de la 4,4’-bipyridine.
La figure 2b représente le mécanisme selon lequel les composés de type viologène peuvent échanger deux électrons en se réduisant sous une forme radicalaire intermédiaire.
Les figures 2c à 2f présentent des exemples de composés à motif viologène utilisables dans le négolyte des batteries à circulation selon l’invention : le N,N’-diméthylviologène MV (c), le N,N’-disulfopropyl viologène SPrV (d), le N,N’-diacétate viologène AcV (e) et le N-acétate-N’-sulfopropyl viologène AcSPrV (f).
[Fig 3] La présente une courbe de voltampérométrie cyclique d’une batterie selon l’exemple 1 avec un négolyte à base de N,N’-diacétate viologène à 1 mM avec KCl 1 M dans l’eau pure (comparatif, en traits pleins) et dans une solution hydroalcoolique correspondant à un mélange eau/isopropanol 80/20 volume (selon l’invention, en traits pointillés).