INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Comme visible dans l’exemple de la , la largeur du canal 16 se rétrécit sensiblement autour du milieu de la longueur entre l’entrée E et la sortie S1 afin d’accélérer localement, par effet Venturi, la vitesse du flux d’air introduit par l’entrée E. Le rétrécissement s’étend sur une distance centrée autour du milieu de la longueur entre l’entrée E et la sortie S1 et est sensiblement égale à la moitié la longueur entre l’entrée E et la sortie S1. On remarque en outre, que la largeur de l’entrée E est plus grande celle de la sortie S1 car l’entrée E est commune aux flux d’air pour tous les deux types d’éléments 15A, 15 B dissipateurs thermiques alors que l’exemple de la prévoit deux sorties distinctes S1, S2.
Préférentiellement, la hauteur des rebords 16A, 16C verticaux est au moins égale à celle de chacun des éléments 15A dissipateurs thermiques présents dans le canal 16 afin de pouvoir fermer la partie supérieure ouverte du canal 16 par un couvercle 18A pour former un conduit 17 de circulation du flux d’air permettant de guider le flux d’air passant par l’entrée E contre la paroi 7A qui canalise le flux d’air et notamment contre chaque élément 15A dissipateur thermique jusqu’à la sortie S1.
Dans l’exemple illustré à la , des éléments 15B dissipateurs thermiques d’un deuxième type en forme de prisme droit à bases parallèles triangulaire (s’étendant verticalement) et dont la hauteur s’étend sensiblement horizontalement afin de saillir verticalement de la paroi 7A qui canalise le flux d’air. Les éléments 15B dissipateurs thermiques sont distribués autour de la base de composants, voire préférentiellement tous les composants, du module 13 électronique de puissance afin de pouvoir évacuer efficacement la chaleur qu’ils génèrent.
Comme visible dans l’exemple de la , un couvercle 18B dont la concavité comporte une hauteur au moins égale à celle de chacun des éléments 15B dissipateurs thermiques est monté en recouvrement au moins partiel de la paroi 7A qui canalise le flux d’air afin de former un conduit 17B de circulation du flux d’air permettant de guider le flux d’air passant par l’entrée E contre la paroi 7A qui canalise le flux d’air et notamment contre chaque élément 15B dissipateur thermique jusqu’à la sortie S2.
Bien entendu, en fonction de l’architecture du convertisseur 1 d’énergie électrique, chaque élément 15A, 15B dissipateur thermique peut être de formes et de dimensions très variées (plot (tronconique, conique ou pyramidal), prisme (droit ou non, horizontal ou non), etc.) sans sortir du cadre de l’invention.
Selon un deuxième mode de réalisation, la paroi 7B qui canalise le flux d’air peut être est une paroi 21A d’une enceinte 21 montée sur une paroi 11A extérieure du boîtier 11 comme illustré dans l’exemple de la . On comprend donc que le transfert thermique est effectué indirectement par une paroi 11A du boîtier 11 du convertisseur 1 d’énergie électrique, c'est-à-dire à travers successivement par une paroi 11A du boîtier 11 du convertisseur 1 d’énergie électrique puis une paroi 21A de l’enceinte 21, les deux parois 11A, 21A pouvant être monobloc ou non.
Comme pour le premier mode de réalisation, le flux d’air peut être obtenu par un générateur 30 de flux de l’air compris dans l’enceinte 21 tel qu’un rotor R d’une machine 6 électrique monté rotatif dans l’enceinte 21 dans l’exemple de la , afin de forcer l’air compris dans l’enceinte 21 à se déplacer dans l’enceinte 21, voire être aspiré de l’air ambiant autour du convertisseur 1 d’énergie électrique puis soufflé, vers la paroi 7B qui canalise le flux d’air pour améliorer l’échange thermique avec la paroi 11A du boîtier 11.
Dans l’exemple illustré à la , des éléments 15C dissipateurs thermiques en forme de prisme droit à bases parallèles rectangulaires (s’étendant obliquement par rapport à la direction horizontale de la ) et dont la hauteur s’étend sensiblement horizontalement afin de saillir latéralement de la paroi 7B qui canalise le flux d’air. Les éléments 15C dissipateurs thermiques sont distribués autour de la base de composants, voire préférentiellement tous les composants, du module 13 électronique de puissance afin de pouvoir évacuer efficacement la chaleur qu’ils génèrent.
Comme visible dans l’exemple de la , le reste des parois de l’enceinte 21 recevant la machine 6 électrique est monté en recouvrement au moins partiel de la paroi 7B qui canalise le flux d’air afin de former un conduit 17C de circulation du flux d’air permettant de guider le flux d’air (éventuellement aspiré d’une entrée formée dans une ouverture de l’enceinte 21) contre la paroi 7B qui canalise le flux d’air et notamment contre chaque élément 15C dissipateur thermique (éventuellement jusqu’à une sortie formée dans une ouverture de l’enceinte 21). On comprend alors que le reste de l’enceinte 21 dans le deuxième mode de réalisation est équivalent fonctionnellement au couvercle 18B du premier mode de réalisation. le reste de l’enceinte 21 dans le deuxième mode de réalisation peut donc également être nommé couvercle 18C.
Bien entendu, en fonction de l’architecture du convertisseur 1 d’énergie électrique, chaque élément 15C dissipateur thermique peut être de formes et de dimensions très variées (plot (tronconique, conique ou pyramidal), prisme (droit ou non, horizontal ou non), etc.) sans sortir du cadre de l’invention.
Dans le cas de l’exemple de la , le flux d’air est obtenu par un générateur 30 de flux de l’air formé le rotor R d’une machine 6 électrique monté rotatif dans l’enceinte 21. Le rotor R comporte ainsi préférentiellement des aubes ou ailettes 31 réparties sur sa surface périphérique afin créer ledit flux d’air dans l’enceinte 21 vers la paroi 7B lorsque le rotor R est entraîné en rotation.
Enfin, l’enceinte 21 peut comporter un dispositif 23 de régulation thermique permettant notamment de refroidir l’air compris dans l’enceinte 21 réchauffé par l’échange thermique avec la paroi 11A du boîtier 11 via la paroi 7B. À titre d'exemple nullement limitatif, le dispositif 23 de régulation thermique peut également refroidir la machine 6 électrique et comprendre une pompe P destinée à générer une circulation (conduites 24) d’un fluide d’échange thermique (eau ou huile) qui est aspergé sur au moins une partie du stator S telle que les paliers (chignons) puis récupéré dans un fond de l’enceinte 21.
Quel que soit le mode de réalisation ou la variante de mode de réalisation appliqué, avantageusement selon l'invention, le liquide 12 caloporteur diélectrique maximise les échanges thermiques avec la paroi 11A pour une amélioration de l’évacuation en dehors du boîtier 11 ce qui permet des grandes efficacité et réactivité de régulation propres à garantir le transfert optimal d’énergie du convertisseur 1 d’énergie électrique qu’il soit bidirectionnel ou non et/ou de forte puissance électrique ou non. De manière connexe, l’utilisation de l’immersion est également plus sûre contre la propagation du feu éventuel dans le convertisseur 1 d’énergie électrique.
En outre, la paroi 7A, AB qui canalise le flux d’air permet avantageusement selon l'invention d’extraire efficacement la chaleur captée par le liquide 12 caloporteur diélectrique en dehors du boîtier 11 du convertisseur 1 d’énergie électrique. On comprend immédiatement que la surface d’échange entre le liquide caloporteur diélectrique et la paroi qui canalise le flux d’air sera donc maximisée afin d’améliorer le refroidissement du convertisseur 1 d’énergie électrique. On comprend donc que l’ensemble convertisseur 1 d’énergie électrique - dispositif 5 d’échange thermique selon l'invention permet de maintenir les composants du convertisseur 1 d’énergie électrique à leur température optimale afin de garantir un fonctionnement optimisé (maintien de la température au meilleur rendement énergétique) et robuste (variations de température optimales pour une durée de vie plus longue) du convertisseur 1 d’énergie électrique.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation et variantes présentés et d'autres modes de réalisation et variantes apparaîtront clairement à l'homme du métier. Ainsi, les modes de réalisation et variantes sont combinables entre eux sans sortir du cadre de l’invention. Ainsi, selon un exemple, le générateur 10 de la deuxième variante du premier mode de réalisation pourrait être remplacé par le générateur 30 du deuxième mode de réalisation. Selon un autre exemple, les éléments 15A, 15B et 15C dissipateurs thermiques pourraient être intervertis entre les conduits 17A, 17B et 17C sans sortir du cadre de l’invention.
Typiquement, les électrodes sont constituées d’un feuillard métallique sur lequel est appliquée une formulation d’électrode constituée de matière active et éventuellement liant et matériau conducteur.
En raison de l’augmentation constante des besoins en énergie et batteries, il est nécessaire d’améliorer leur fabrication, pour en faciliter l’industrialisation, en diminuer les coûts et améliorer leur impact environnemental.
Actuellement, une part très importante du coût de fabrication d’une électrode est lié à son procédé de fabrication. En effet, le solvant qui sert à préparer l’encre (à base de matière active, charges conductrices éventuelles et de liant) qui sera enduite sur le feuillard pour concevoir l’électrode, doit être évaporé. Cette étape implique donc l’utilisation de fours énergivores.
Il est par ailleurs désirable de limiter l’utilisation de solvants nocifs dans une démarche environnementale.
Dans un souci d’élimination de ces solvants et de réduction des coûts de fabrication des électrodes, de nouveaux procédés dits sans solvant sont actuellement en développement.
La technologie tout solide est basée sur le remplacement de l’électrolyte liquide par un électrolyte solide ininflammable et plus stable thermiquement, et offre donc une sécurité accrue.
Dans les batteries de type tout solide, une couche d’électrolyte solide (Solid Electrolyte Layer, SEL) fait office de séparateur et des particules d’électrolyte solide sont présentes à la cathode, et éventuellement à l’anode.
Les électrolytes solides sulfure représentent une voie de développement privilégiée.
Il est donc désirable de mettre à disposition des procédés sans solvant pour la préparation de formulation comprenant de tels électrolytes.
Ainsi, CN 105489931 décrit un procédé pour préparer des formulations d’électrolyte solide sulfure et de PTFE, par mélange de poudres, broyage et compression. Cependant, le procédé décrit présente des risques de réactivité de l’électrolyte solide avec l’environnement, et aboutit à un mélange fortement hétérogène.
Il est donc nécessaire de mettre à disposition un procédé plus adapté et/ou aisément industrialisable.
La présente invention concerne ainsi une nouvelle voie sans solvant pour la préparation améliorée de formulations pour élément électrochimique de type tout solide.
Selon un premier objet, la présente invention concerne un procédé de préparation sans solvant d’une formulation pour élément électrochimique de type tout solide à électrolyte sulfure, ledit procédé comprenant : La préparation d’un pré-mélange comprenant le mélange de un électrolyte solide sulfure ; Un liant de type fluoropolymère. La fibrillation du pré-mélange obtenu;
les étapes de préparation du pré-mélange et de fibrillation étant réalisées sous atmosphère inerte.
Le procédé selon l’invention vise à préparer une formulation à base d’électrolyte solide sulfure, adaptée à un élément électrochimique tout solide.
Ladite formulation peut ainsi convenir à une couche d’électrolyte solide (Solid Electrolyte Layer, SEL), ou une couche d’électrode positive ou une couche d’électrode négative.
Pour la partie du circuit secondaire qui est reliée à l’échangeur 200, l’installation comprend :
- une tuyauterie 230 débouche directement dans l’eau secondaire du puits de cuve 100 et est reliée à une entrée 203 de l’échangeur 200;
- une tuyauterie 240 reliée à une sortie 204 de l’échangeur 200 débouche directement dans l’eau secondaire du puits de cuve 100.
La configuration d’implantation réacteur en fosse de stockage 9 telle que montrée aux figures 12 et 15 permet une circulation par convection naturelle. Pour ce faire, comme montré on implante le puits de cuve 100 en partie en-dessous du fond 90 de la piscine 9, c’est-à-dire avec un puits de cuve 100 excavé d’une hauteur He telle que l’on peut s’affranchir de pompe, la tuyauterie 210 d’amenée d’eau de la fosse 9 à sa température froide débouchant dans le fond 90 de la fosse.
Pour un réacteur d’une puissance égale à 20MW, avec une fosse de stockage thermique 9, la hauteur d’excavation He peut être comprise entre 16 et 18m.
On peut également envisager une configuration d’implantation du réacteur en fosse 9 comme montrée en figures 16 et 16A selon laquelle le puits de cuve est en quelque sorte posé sur le fond 90 de la fosse de stockage thermique 9. Une telle configuration implique une circulation par convection forcée de l’eau tertiaire au moyen de pompes 270, avantageusement agencées dans la paroi de béton 101 du puits de cuve 100.
Les inventeurs ont réalisés des calculs de prédimensionnement thermo hydrauliques sur l’ensemble des circuits primaire, secondaire et tertiaire de l’installation selon la à partir d'un logiciel de calcul thermomécanique. Il peut s'agir d'un logiciel classique de thermo-hydraulique connu sous la dénomination CATHARE :[8].
En considérant un pincement de 15°C pour les échangeurs 49 entre circuit primaire et secondaire et un pincement identique pour l’échangeur secondaire/tertiaire 200, et une fourniture d’eau chaude au réseau 300 à 90°C, les calculs donnent une température moyenne en sortie du cœur de réacteur C de 120°C.
Avec un gradient de température de 40°C entre l’entrée et la sortie du cœur du réacteur, on obtient les paramètres de fonctionnement thermo hydrauliques permettant de pré dimensionner les échangeurs 49, et un estimatif de positionnement de ces derniers vis-à-vis du cœur.
Le tableau 1 suivant synthétise ces différents paramètres pour un réacteur de 20 MWTh.
A partir de ces données, un estimatif de volume des échangeurs 49 peut être établi, avec une implantation à une hauteur minimale de 3,16 m par rapport à l’altitude moyenne de la zone fissile. La pression de l’eau primaire de 4 bars est déterminée de telle sorte que la marge à ébullition vis-à-vis de la température moyenne en sortie de cœur est de 20°C.
Un nombre de trois échangeurs identiques 49 est retenu avec pour chacun un volume d’échange thermique utile d’environ 1,2 m 3 et une hauteur d’échange entre circuits primaire et secondaire de 2m. Les trois échangeurs 49 sont fixés avec leurs collecteurs 400, 401, 490, 491 à 120° l’un de l’autre aux compartiments 40, 42 de la cuve de réacteur.
De fait l’épaisseur de la cuve de réacteur n’est pas dictée par des considérations de résistance à la pression puisqu’immergée dans l’eau secondaire du bassin B, mais plutôt à des contraintes de rigidité mécanique, de résistance au flambage et de supportage du cœur. Une épaisseur moyenne d’environ 20 mm est donc retenue. On rappelle ici que la pression primaire est inférieure à la pression secondaire.
Selon un mode de réalisation, l'étape c) est réalisée après l'étape b).
Selon un mode de réalisation, la première tranchée d'isolation et la zone sont formées à travers une même couche de masquage.
la et la sont des vues respectivement en coupe et de dessus, partielles et schématiques, d'un exemple de dispositif électronique comportant une diode à capacité variable ;
la est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un dispositif électronique comportant une diode à capacité variable selon un mode de réalisation ; et
la , la , la , la , la , la , la , la , la et la illustrent des étapes successives d'un procédé de formation d'un exemple de réalisation d'un dispositif électronique du type décrit en relation avec la .
Par souci de clarté, seules les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, seule la réalisation d'une diode à capacité variable d'un dispositif électronique a été détaillée. La réalisation d’éventuels autres éléments du dispositif et notamment de circuits intégrés et de composants électroniques présents dans le dispositif n'a pas été détaillée.
La et la sont des vues respectivement en coupe et de dessus, partielles et schématiques, d'un exemple de dispositif électronique comportant des diodes à capacité variable 11. Plus particulièrement, la est une vue selon le plan de coupe AA de la .
La structure illustrée en figures 1A et 1B comprend deux diodes à capacité variable 11. En pratique, une même structure peut comprendre une unique diode à capacité variable 11. En variante, une même structure peut comprendre plus de deux diodes à capacité variable 11.
Les diodes à capacité variable 11 sont formées dans un substrat semiconducteur 13 dopé d'un premier type de conductivité, par exemple du type P, par exemple dopé d'atomes de bore. Le substrat 13 est, par exemple, très faiblement dopé, par exemple de niveau de dopage compris entre 1.10 14 atomes/cm 3 et 2.10 15 atomes/cm 3 , par exemple de l’ordre de 1.10 15 atomes/cm 3 . A titre d'exemple, le substrat semiconducteur 13 est en silicium, par exemple en silicium monocristallin.
Une région dopée 15, s’étend dans le substrat 13, par exemple à partir de la face supérieure du substrat 13. La région 15 est dopée d'un deuxième type de conductivité, opposé au premier type de conductivité, par exemple du type N, par exemple dopé d'atomes de phosphore. A titre d’exemple, la région 15 présente un niveau de dopage compris entre 1.10 16 atomes/cm 3 et 7.10 19 atomes/cm 3 . La région 15 s'étend dans le substrat semiconducteur 13, par exemple, sur une profondeur comprise entre 600 µm et 2 µm, par exemple de l'ordre de 1,3 µm.
A titre d'exemple, le substrat 13 et la région 15 sont formés par épitaxie. A titre d'exemple, pour former le substrat semiconducteur 13 et la région 15, on vient réaliser une implantation localisée du deuxième type de conductivité, par exemple du type N, au niveau de la face supérieure d’un substrat semiconducteur de départ du premier type de conductivité, par exemple du type P. L’implantation est localisée en vis à vis de la zone du substrat dans laquelle on souhaite former la région 15. Une épitaxie est ensuite mise en oeuvre à partir de la face supérieure du substrat. On obtient ainsi un substrat 13 de type P comprenant une région localisée 15 de type N s’étendant dans le substrat à partir de sa face supérieure. A titre d'exemple, une partie supérieure 131 du substrat semiconducteur 13 correspond à la partie épitaxiée du substrat 13 et une partie inférieure 133 du substrat semiconducteur 13 correspond, par exemple au substrat semiconducteur de départ. A titre d'exemple, la partie supérieure 131 du substrat semiconducteur 13 a une épaisseur comprise entre 250 nm et 500 nm, par exemple de l'ordre de 400 nm.
ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE Ces dernières années, la densité énergétique du phosphate de lithium-fer s’approchant de la limite théorique, le phosphate de lithium-manganèse-fer, en tant que version avancée du phosphate de lithium-fer, a attiré de plus en plus d'attention. Le phosphate de lithium-manganèse-fer présente un élément « manganèse » supplémentaire par rapport au phosphate de lithium-fer. Le manganèse présente la caractéristique d'une tension élevée, et le matériau de cathode peut être amélioré en termes de tension par l'introduction de manganèse. Une tension plus élevée représente une densité énergétique plus élevée, dans laquelle le plateau de tension du phosphate de lithium-manganèse-fer est aussi élevé que 4,1 V, ce qui est beaucoup plus élevé que celui du phosphate de lithium-fer étant de 3,4 V. Par conséquent, dans les mêmes conditions, la densité énergétique théorique du phosphate de lithium-manganèse-fer est supérieure de 15 % ou plus à celle du phosphate de lithium-fer, ce qui constitue une perspective de développement prometteuse. Cependant, le manganèse est un élément métallique avec une très mauvaise conductivité, et donc la conductivité du phosphate de lithium-manganèse-fer est inférieure à celle du phosphate de lithium-fer, et la conductivité électronique n'est que de 10 à 13 S/cm.
Les performances de conduction du phosphate de lithium-manganèse-fer sont généralement améliorées au moyen d'un revêtement de carbone. Par exemple, CN 102738465 B divulgue un procédé de préparation d'un matériau de cathode composite de phosphate de lithium-manganèse-fer, dans lequel une source de lithium, une source ferrique, un dioxyde de manganèse et une source de carbone sont ajoutés dans une cuve de broyage à billes, des quantités appropriées d'un agent dispersant et d'un agent complexant sont rajoutées, puis la cuve de broyage à billes est mise en place sur un broyeur à billes et soumise à un broyage à billes entre 200 et 500 tr/min pendant 4 à 6 h ; les matériaux ayant subi un broyage à billes et mélangés sont séchés et broyés à nouveau pour obtenir un précurseur de LiMnxFe1-xPO4 ; après calcination, un matériau de cathode de phosphate de lithium-manganèse-fer revêtu de carbone est obtenu. Cependant, étant donné que les particules de phosphate de lithium-manganèse-fer sont plus petites, un tiers seulement du matériau de cathode ternaire, et que le phosphate de lithium-manganèse-fer présente une grande surface spécifique, une structure de surface complexe et une faible affinité avec le carbone, le procédé décrit ci-dessus ne peut pas résulter en une couche de revêtement de carbone uniforme et, en outre, afin de réaliser un revêtement complet, une source de carbone dans une proportion allant jusqu'à 30 % en poids est nécessaire, ce qui va entraîner une réduction de la capacité en grammes.
CN 111900344 B divulgue un procédé de préparation d'un matériau de cathode de phosphate de lithium-manganèse-fer revêtu de carbone. Tout d'abord, une solution de sel de métal de transition A préparée avec un rapport molaire de Mn à Fe, une solution de phosphore B et une solution d'ammoniac C sont ajoutées goutte à goutte dans un réacteur en même temps, de manière à obtenir un précurseur de matériau de cathode de phosphate de lithium-manganèse-fer ; puis le précurseur est combiné avec une source de lithium selon un rapport molaire, une source de carbone à des fins de revêtement étant rajoutée, et dopé avec un composé métallique, puis calciné sous la protection d'une atmosphère inerte pour obtenir le matériau de cathode de phosphate de lithium-manganèse-fer revêtu de carbone. Le procédé décrit ci-dessus utilise une application en revêtement en phase solide simple ; et il est difficile de former une couche de revêtement uniforme sur la surface, et il est facile pour la couche de revêtement de se libérer dans le processus de cyclage.
CN 109888205 A divulgue un matériau composite nano/micro-sphérique de phosphate de lithium-manganèse-fer revêtu de carbone et un procédé de préparation associé, un matériau de cathode de batterie au lithium et une batterie au lithium. Le matériau composite comprend du phosphate de lithium-manganèse-fer et une couche de carbone externe revêtue sur l'extérieur du phosphate de lithium-manganèse-fer, et le phosphate de lithium-manganèse-fer présente une composition chimique LiMn1-xFexPO4, dans laquelle 0,1 ≤ x ≤ 1, le matériau composite présente une taille de particule D50 de 1 à 10 μm, et l'élément carbone du phosphate de lithium-manganèse-fer présente une teneur massique de 1 % à 10 %. Dans cette demande de brevet, du phosphate de lithium-manganèse-fer nano-sphérique est utilisé, pour lequel il est difficile de former une couche de revêtement uniforme sur la surface, et qui à son tour exacerbe la libération de la couche de revêtement dans le processus de cyclage.
Par conséquent, un problème technique urgent à résoudre concerne la façon d'améliorer l'affinité entre le noyau et la couche de revêtement de carbone du matériau de cathode pour former une couche de revêtement de carbone uniforme, de sorte que les performances de conductions du matériau de cathode peuvent être améliorées davantage, et pendant ce temps, le matériau de cathode peut maintenir une capacité plus élevée à une vitesse élevée.
Ce qui suit est un résumé du sujet décrit en détail ici. Ce résumé n'est pas destiné à limiter la portée de protection des revendications.