INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Les encoches de centrage 12, 32, 52 et 72 successives des plaques, sont superposées suivant la direction Z2. Ici encore, « superposées » revêt une signification particulière, en ce que ce terme n’exclut pas que, éventuellement, certaines encoches de centrage puissent être en retrait et d’autres en saillie suivant la direction Y2, tel que décrit ci-dessous à titre préférentiel. « Superposées » indique néanmoins que, dans l’ensemble, les encoches de centrage sont alignées suivant un même axe parallèle à l’axe Z2. Les encoches de centrage forment ensemble l’une des rainures de centrage 6. Si les joints 80 sont prévus, la portion en creux 82 appartient aussi à cette rainure de centrage. De préférence, les encoches 12 des plaques d’écoulement primaire, superposées suivant la direction Z2, sont identiques et sont agencées dans la même position suivant les directions X2 et Y2. De préférence, les encoches 32 des plaques d’écoulement secondaire 30, superposées suivant la direction Z2 sont identiques et sont agencées dans la même position suivant les directions X2 et Y2. De préférence, les encoches 52 des plaques membrane-électrode 50, superposées suivant la direction Z2, sont identiques et sont agencées dans la même position suivant les directions X2 et Y2. De préférence, les encoches 72 des plaques terminales 70, superposées suivant la direction Z2 sont identiques et sont agencées dans la même position suivant les directions X2 et Y2.
On prévoit avantageusement qu’au moins certaines des plaques d’écoulement 10 et 30 forment des orifices d’échange 19. Chaque orifice 19 débouche sur l’un des bords d’échange 11 et/ou 31 suivant la direction normale Y2, c’est-à-dire que les orifices 19 débouchent en surface de la face d’échange 5 formée par ces bords d’échange 11 et 31. Les orifices 19 débouchent ainsi à l’intérieur du collecteur 100, en particulier à l’intérieur du connecteur 101, et sont recouverts par le collecteur 100, en particulier par le connecteur 101, et encadrés par le joint 90. De préférence, chaque bord 11 et/ou 31 comprend une rangée d’orifices 19, la dite rangée étant parallèle à la direction X2, de sorte l’ensemble formé par l’empilement des bords 11, 31 présente un quadrillage d’orifices 19 qui s’étend suivant les directions X2 et Z2 sur tout ou l’essentiel de la face d’échange 5.
Les orifices d’échange 19 sont prévus pour mettre en communication fluidique le collecteur extérieur 100 avec les champs de circulation de fluide opérationnel réactif des plaques 10, ou avec les champs de circulation de fluide opérationnel réactif des plaques 30, ou avec les champs de circulation de fluide opérationnel de refroidissement formés entre les plaques 10 et 30 adjacentes. A cette fin, chaque orifice d’échange 19 conduit à un ou plusieurs des canaux du champ de circulation concerné. Sur l’empilement hors de la ou des faces d’échange 5, on ne prévoit avantageusement pas d’orifice d’échange 19. L’échange de fluide opérationnel entre le collecteur extérieur 100 et l’empilement 2 est donc effectué par l’intermédiaire des orifices d’échange 19 portés par la face 5 à laquelle le collecteur 100 est connecté. Dans le présent exemple, les orifices d’échange 19 sont formés exclusivement par les plaques 10, sur le bord d’échange 11 respectif de celles-ci. Pour une face d’échange 5 donnée, correspondant à un collecteur extérieur 100 donné, tous les orifices 19 débouchant dans cette face d’échange communiquent exclusivement avec les champs de circulation d’un même fluide opérationnel pour toutes les cellules électrochimiques couvertes par cette face d’échange 5.
De préférence, comme visible sur les figures 2 et 3, les rainures transversales 8 sont chacune formée sur le bord d’échange 71 respectif de l’une des plaques terminales 70. Dès lors pour chacune de ces plaques terminales 70, la rainure transversale 8 relie entre elles les encoches de centrage 72 de la plaque terminale 70 considérée, de façon à déboucher dans chacune de ces encoches de centrage 72 de la plaque terminale 70 considérée, pour ainsi relier les rainures de centrage 6.
De préférence, pour au moins l’une des plaques de l’empilement 2, et de préférence, pour toutes les plaques de l’empilement 2, le bord d’échange 11, 31, 51 ou 71 de la plaque concernée est légèrement en saillie vers l’extérieur de l’empilement 2, c’est-à-dire dans la direction Y2, par rapport aux bords secondaires 13, 33, 53 ou 73 adjacents. Ainsi, sur la , on a illustré que le bord d’échange 11, 31 de chaque plaque de champ d’écoulement 10, 30 est en saillie vers l’extérieur de l’empilement 2, c’est-à-dire dans la direction Y2, par rapport au bord secondaire 13, 33 adjacent de la même plaque de champ d’écoulement 10, 30, d’une quantité, appelée décalage de bord d’échange « d1-3 », qui est de préférence comprise entre 0.05 millimètre et 3 millimètres, de préférence comprise entre 0.2 millimètre et 1 millimètre. De ce fait, lorsque les portions de joint longitudinales 91 sont formées et/ou lorsqu’elles sont compressées par le collecteur 100, il y a moins de chance qu’elles débordent du côté de la face d’échange 5, et qu’elles obturent accidentellement les orifices d’échange 19. En variante, on peut toutefois prévoir que le bord d’échange soit aligné avec le bord secondaire, c’est-à-dire, s’étende suivant un même axe suivant la direction X1.
De préférence, pour au moins l’une des plaques membrane électrode 50, et de préférence, pour toutes les plaques membrane-électrode 50 de l’empilement 2, les bords d’échange 51 de la plaque membrane-électrode 50 est en saillie vers l’extérieur de l’empilement 2, c’est-à-dire suivant la direction Y2, par rapport aux bords d’échange 11 et 31 des plaques de champ d’écoulement 10 et 30 adjacentes. De préférence, pour au moins l’une des plaques membrane électrode 50, et de préférence, pour toutes les plaques membrane-électrode 50 de l’empilement 2, les bords secondaires 53 de la plaque membrane-électrode 50 est en saillie vers l’extérieur de l’empilement 2, c’est-à-dire suivant la direction Y2, par rapport aux bords secondaires 13 et 33 des plaques de champ d’écoulement 10 et 30 adjacentes. Ces dispositions permettent avantageusement de réduire le risque de court-circuit entre les bords 11 et 31 et entre les bords 13 et 33 de ces plaques 10 et 30, en améliorant leur séparation par les bords 51 et 53, électriquement isolants. Ainsi, sur la , on a illustré que le bord d’échange 51 de chaque plaque membrane-électrode 50 est en saillie vers l’extérieur de l’empilement 2, c’est-à-dire suivant la direction Y2, par rapport aux bords d’échange 11 et 31 des plaques de champ d’écoulement 10 et 30 adjacentes, d’une quantité, appelée décalage de plaque membrane-électrode « d50 », qui est de préférence comprise entre 0.1 millimètre et 2 millimètres, de préférence comprise entre 0.2 millimètre et 1 millimètre. De même, pour toutes les plaques membrane-électrode 50 de l’empilement 2, les bords secondaires 53 de la plaque membrane-électrode 50 est en saillie vers l’extérieur de l’empilement 2, c’est-à-dire suivant la direction Y2, par rapport aux bords secondaires 13 et 33 des plaques de champ d’écoulement 10 et 30 adjacentes d’une même valeur de décalage de plaque membrane-électrode « d50 » de préférence comprise entre 0.1 millimètre et 2 millimètres, de préférence comprise entre 0.2 millimètre et 1 millimètre.
De préférence, pour au moins l’une des plaques bipolaires, et de préférence pour toutes, le bord d’échange 11 de la plaque de champ d’écoulement primaire 10 et le bord d’échange 31 de la plaque de champ d’écoulement secondaire 30 sont en affleurement mutuel, c’est-à-dire sont au même niveau suivant la direction Y2. De préférence, de même, les bords secondaires 13 de la plaque de champ d’écoulement primaire 10 et les bords secondaires 33 de la plaque de champ d’écoulement secondaire 30 sont en affleurement mutuel, c’est-à-dire sont au même niveau suivant la direction Y2.
Selon une réalisation, le deuxième échangeur de chaleur du circuit primaire est configuré pour permettre une augmentation de la température du fluide primaire d’une valeur comprise entre environ 100 °C et 300 °C, pour une pression du fluide primaire comprise entre 10 et 50 bar.
Selon une réalisation, le deuxième échangeur de chaleur du circuit secondaire est configuré pour permettre une diminution de la température du fluide secondaire d’une valeur comprise entre environ 100 °C et 300 °C, pour une pression du fluide secondaire comprise entre 10 et 50 bar.
Selon une réalisation, le deuxième échangeur de chaleur du circuit secondaire est configuré pour permettre une augmentation de la température du fluide secondaire d’une valeur comprise entre environ 100 °C et 300 °C, pour une pression du fluide secondaire comprise entre 10 et 50 bar.
Selon une réalisation, le troisième échangeur de chaleur est configuré pour permettre une diminution de la température du fluide primaire d’une valeur comprise entre environ 1 °C et 60 °C, pour une pression du fluide primaire comprise entre 10 et 50 bar, par exemple comprise entre 15 et 30 bar.
Selon une réalisation, le quatrième échangeur de chaleur est configuré pour permettre une diminution de la température du fluide secondaire d’une valeur comprise entre environ 1 °C et 60 °C, pour une pression du fluide secondaire comprise entre 10 et 50 bar, par exemple comprise entre 15 et 30 bar.
Selon une réalisation, le circuit primaire comporte une première turbine agencée pour être mise en rotation par le fluide primaire, la première turbine étant agencée pour générer de l’énergie notamment pour alimenter le circulateur primaire et/ou le circulateur secondaire.
Selon une réalisation, la première turbine est montée en aval du réacteur et en amont du premier échangeur de chaleur.
Selon une réalisation, la première turbine est reliée par liaison mécanique au circulateur primaire et/ou au circulateur secondaire, pour entraîner ledit circulateur.
En variante, la première turbine est reliée par liaison mécanique à un générateur de courant électrique notamment pour l’alimentation électrique du circulateur primaire et/ou du circulateur secondaire. Cette première turbine peut également produire un surplus d’électricité en regard de la consommation électrique du ou des circulateurs et permettre une cogénération d’électricité en plus de la fourniture de chaleur haute température au sein de l’installation.
Selon une réalisation, la première turbine est montée dans le circuit primaire, à l’emplacement où la température du fluide primaire est au moins égale à 20% de la température maximale du fluide primaire.
Selon une réalisation, la première turbine est configurée de sorte que son taux de détente produise au moins le travail mécanique nécessaire et/ou l'électricité nécessaire pour alimenter le circulateur primaire et/ou le circulateur secondaire.
Selon une réalisation, le circuit secondaire comporte une deuxième turbine agencée pour être mise en rotation par le fluide secondaire, la deuxième turbine étant agencée pour générer de l’énergie notamment pour alimenter le circulateur primaire et/ou le circulateur secondaire.
Selon une réalisation, la deuxième turbine est montée du premier échangeur de chaleur et en amont du dispositif utilisateur.
Selon une réalisation, la deuxième turbine est reliée par liaison mécanique au circulateur primaire et/ou au circulateur secondaire, pour entraîner ledit circulateur.
En variante, la deuxième turbine est reliée par liaison mécanique à un générateur de courant électrique notamment pour l’alimentation électrique du circulateur primaire et/ou du circulateur secondaire. Cette deuxième turbine peut également produire un surplus d’électricité en regard de la consommation électrique du ou des circulateurs et permettre une cogénération d’électricité en plus de la fourniture de chaleur haute température au sein de l’installation.
Selon une réalisation, la deuxième turbine est montée dans le circuit secondaire, à l’emplacement où la température du fluide secondaire est au moins égale à 20% de la température maximale du fluide secondaire.
Selon une réalisation, le deuxième échangeur de chaleur du circuit secondaire est configuré pour conjointement refroidir le fluide secondaire en aval du dispositif utilisateur et réchauffer le fluide secondaire en amont du premier échangeur de chaleur.
Selon une réalisation, le premier échangeur de chaleur comporte un premier passage d’écoulement pour la circulation du fluide primaire et un deuxième passage d’écoulement pour la circulation du fluide secondaire, l’entrée du premier passage d’écoulement étant montée en aval du réacteur, la sortie du premier passage d’écoulement étant montée en amont du circulateur primaire, l’entrée du deuxième passage d’écoulement étant montée en aval du circulateur secondaire, la sortie du deuxième passage d’écoulement étant montée en amont du dispositif utilisateur.
Selon une réalisation, le circuit primaire comporte un troisième échangeur de chaleur, configuré pour permettre un échange thermique entre le fluide primaire et un premier fluide de refroidissement, le premier fluide de refroidissement étant notamment distinct du fluide primaire et du fluide secondaire.
Ceci permet de tamponner thermiquement la température la plus froide du cycle à température ambiante.
Selon une réalisation, le premier fluide de refroidissement comporte de l’eau et/ou de l’air, notamment de l’air pulsé.
Selon une réalisation, le troisième échangeur de chaleur est configuré pour refroidir le fluide primaire en aval du circulateur primaire, notamment pour réduire la température du fluide primaire d’une valeur comprise entre 1 °C et 60 °C.
Selon une réalisation, le circuit secondaire comporte un quatrième échangeur de chaleur, configuré pour permettre un échange thermique entre le fluide secondaire et un deuxième fluide de refroidissement, le deuxième fluide de refroidissement étant notamment distinct du fluide primaire et du fluide secondaire.
Selon une réalisation, le deuxième fluide de refroidissement comporte de l’eau et/ou de l’air, notamment de l’air pulsé.
Selon une réalisation, le quatrième échangeur de chaleur étant configuré pour refroidir le fluide secondaire en aval du circulateur secondaire, notamment pour réduire la température du fluide secondaire d’une valeur comprise entre 1 °C et 60 °C.
Selon une réalisation, le premier échangeur de chaleur et/ou le deuxième échangeur de chaleur étant du type à contre-courant ou à courant croisé.
Selon une réalisation, au moins l’un du premier échangeur de chaleur et du deuxième échangeur de chaleur est à tubes et à calandre, ou à plaques et à calandre, ou à micro-canaux ou à plaques.
Selon une réalisation, le fluide primaire comporte de l’hélium et/ou le fluide secondaire comporte du dioxyde de carbone et/ou de l’azote et/ou de l’hélium et/ou une combinaison d’au moins deux de ces gaz.
Selon une réalisation, le premier échangeur de chaleur est configuré pour permettre une diminution de la température du fluide primaire d’une valeur comprise entre environ 200 °C et 600 °C, pour une pression du fluide primaire comprise entre 10 et 50 bar.
Selon une réalisation, le premier échangeur de chaleur est configuré pour permettre une augmentation de la température du fluide secondaire d’une valeur comprise entre environ 200 °C et 600 °C, pour une pression du fluide secondaire comprise entre 10 et 50 bar.
Selon une réalisation, le deuxième échangeur de chaleur du circuit primaire est configuré pour permettre une diminution de la température du fluide primaire d’une valeur comprise entre environ 100 °C et 300 °C, pour une pression du fluide primaire comprise entre 10 et 50 bar.
Comme le montre la comparaison des résultats de données de l'exemple 1 et des exemples 8 et 9, lorsque la fraction massique de la couche de revêtement de bore est trop basse, la conductivité et la capacité de vitesse du matériau seront quelque peu réduites. Cependant, la capacité en grammes du matériau est améliorée en raison de la réduction de la teneur totale en substances inactives. Lorsque la fraction massique de la couche de revêtement de bore est trop élevée, l'excès de bore réduit la conductivité de la couche de revêtement car la conductivité du bore est inférieure à celle du carbone, affectant la capacité en grammes et la capacité de vitesse du matériau.
Comme le montre la comparaison des résultats de données de l'exemple 1 et des exemples 10 et 11, lorsque le rapport massique de la couche de revêtement de bore à la couche de revêtement de carbone est trop grand, la conductivité sera réduite car une couche de revêtement de carbone uniforme ne peut pas être formée avec une teneur trop basse de la couche de revêtement de carbone. Néanmoins, le matériau de cathode présente toujours une meilleure conductivité en raison de la couche de revêtement de bore sur sa surface. Lorsque le rapport massique de la couche de revêtement de bore à la couche de revêtement de carbone est trop bas, la couche de revêtement de carbone sera trop épaisse et la capacité en grammes du matériau sera réduite.
Comme le montre la comparaison des résultats de données de l'exemple 5 et de l'exemple comparatif 1, sans la couche de revêtement de bore, il est difficile d'obtenir une couche de revêtement de carbone uniforme, et en outre, il est facile pour la couche de revêtement de carbone de se libérer du matériau de cathode contenant du manganèse pendant le processus de cyclage.
Comme il est possible de le voir à partir de la comparaison des résultats de données de l'exemple 5 et de l'exemple comparatif 2, bien que la capacité de décharge spécifique initiale de l'exemple comparatif 2 à 0,1 C ne montre pas de tendance à la baisse, la capacité de décharge spécifique initiale de l'exemple comparatif 2 à 1 C montre une tendance à la baisse spectaculaire en raison de la faible affinité entre le matériau de cathode contenant du manganèse et la couche de revêtement de carbone.
Comme il est possible de le voir à partir de la comparaison des résultats de données de l'exemple 5 et de l'exemple comparatif 3, le matériau de cathode sans revêtements présente les pires performances, peu importe la capacité en grammes ou la capacité de vitesse.
Comme il est possible de le voir à partir de la comparaison des résultats de données de l'exemple 5 et de l'exemple comparatif 4, lorsque l’application en revêtement de carbone est effectuée avant l’application en revêtement de bore, la couche de revêtement de bore ne peut pas exercer son effet sur la formation d'une couche de revêtement de carbone uniforme, et ainsi les performances de l'exemple comparatif 4 sont inférieures à celles de l'exemple 5.
Le demandeur déclare que les procédés de la présente demande sont illustrés en termes des exemples décrits ci-dessus dans la présente demande, mais que la présente demande n'est pas limitée aux étapes de procédé décrites ci-dessus, ce qui signifie que la présente demande n'est pas nécessairement basée sur les étapes de procédé décrites ci-dessus pour être mise en œuvre. Il doit être clair pour l'homme du métier que toute amélioration de la présente demande, le remplacement équivalent des matières premières sélectionnées, l'ajout de composants auxiliaires, la sélection de procédés spécifiques, etc., dans la présente demande, doivent tous entrer dans la portée de protection et la portée de divulgation de la présente demande.
MATÉRIAU TERNAIRE POUR CATHODE enrobé de phosphate de fer et manganèse, PROCÉDÉ DE PRÉPARATION DE CELUI-CI ET UTILISATION DE CELUI-CI La présente divulgation concerne le domaine technique des matériaux pour batterie au lithium, en particulier un matériau ternaire pour cathode enrobé de phosphate de fer et manganèse, un procédé de préparation de celui-ci et une utilisation de celui-ci.
ART ANTERIEUR Avec le développement rapide des véhicules à nouvelle énergie, le secteur des batteries lithium-ion a progressé. Un matériau pour cathode détermine la performance d'une batterie lithium-ion, et représente également le composant présentant la plus importante proportion du coût de la batterie lithium-ion. Actuellement, les matériaux pour cathodes incluent essentiellement l’oxyde de lithium-cobalt, le manganate de lithium, l’oxyde de lithium, nickel, cobalt et manganèse, et le phosphate de lithium et fer, etc. Bien que l’oxyde de lithium, nickel, cobalt et manganèse soit un excellent matériau pour cathode, il présente le problème d’afficher une faible compatibilité avec une solution électrolytique. La technique de l’enrobage de surface est un moyen d’amélioration très courant et efficace, qui peut améliorer la stabilité de la structure de surface du matériau pour cathode et la performance du cycle d'une batterie à tension élevée.
Le phosphate de lithium, fer et manganèse est similaire au phosphate de lithium et fer en termes de structure cristalline, et présente des caractéristiques de sécurité, de longue durée de vie et de faible coût. Il présente une synergie avec un matériau ternaire en termes de tension de décharge. En enrobant de phosphate de lithium, fer et manganèse la surface du matériau ternaire, il est possible de faire jouer pleinement les avantages des deux et d’améliorer les défauts inhérents du matériau ternaire. Les moyens d’enrobage existants impliquent essentiellement un broyage mécanique, puis, au moyen de l’action mécanique, les particules de phosphate de lithium, fer et manganèse sont appliquées sur la surface du matériau ternaire. Par exemple, le document CN107546379A divulgue un procédé de préparation d'un matériau ternaire enrobé de phosphate de lithium, fer et manganèse au moyen d'une fusion mécanique, où des particules de phosphate de lithium, fer et manganèse d’une taille de l’ordre du nanomètre sont appliquées sur la surface de particules d'un matériau ternaire d’une taille de l’ordre du micron par une action de fusion mécanique. Cependant, les moyens mécaniques sont associés au problème d'une faible force de liaison entre une couche d’enrobage et un noyau interne, ce qui fait qu'il est difficile d'obtenir un enrobage dense et uniforme.
C’est pourquoi on propose ici la présente divulgation.
RÉSUMÉ La présente divulgation vise à fournir un matériau ternaire pour cathode enrobé de phosphate de fer et manganèse, un procédé de préparation de préparation de celui-ci et une utilisation de celui-ci.
Selon un premier aspect de la présente divulgation, on fournit un procédé de préparation d’un matériau ternaire pour cathode enrobé de phosphate de fer et manganèse, comprenant :
Le dispositif utilisateur 8 comporte un échangeur de chaleur notamment un échangeur industriel par exemple configuré pour récupérer de la chaleur par l’intermédiaire d’un fluide caloporteur de sortie.
Le circuit primaire 1 comporte un circulateur primaire 3 pour permettre la circulation du fluide primaire dans le circuit primaire 1. Le circulateur primaire 3 peut être configuré pour travailler à température ambiante, par exemple à une température comprise entre 5 °C et 50 °C. Le circulateur primaire 3 peut comporter un compresseur ou une soufflante.
Dans l’exemple de la , le fluide primaire est à une température d’environ 10 °C - 50 °C, par exemple à une température de 40 °C et à une pression d’environ 15-20 bar, notamment d’environ 19 bar, à l’entrée du circulateur primaire 3.
Le circuit secondaire 2 comporte un circulateur secondaire 4 pour permettre la circulation du fluide secondaire dans le circuit secondaire 2. Le circulateur secondaire 4 peut être configuré pour travailler à température ambiante, par exemple à une température comprise entre 5 °C et 50 °C. Le circulateur secondaire 4 peut comporter un compresseur ou une soufflante.
Le fluide secondaire est à une température d’environ 10 °C - 50 °C, par exemple à une température de 40 °C et à une pression d’environ 10-50 bar, notamment d’environ 20 bar, à l’entrée du circulateur secondaire 4.
Le circuit primaire 1 et le circuit secondaire 2 comportent chacun un deuxième échangeur de chaleur 5, 6 configuré pour permettre au circulateur primaire 3, respectivement au circulateur secondaire 4, de fonctionner à une température proche de la température ambiante, par exemple comprise entre 5 °C et 50 °C.