CA3221948A1 - Systeme reversible comprenant une pile a combustible reversible et un dispositif de stockage a hydrure metallique - Google Patents
Systeme reversible comprenant une pile a combustible reversible et un dispositif de stockage a hydrure metallique Download PDFInfo
- Publication number
- CA3221948A1 CA3221948A1 CA3221948A CA3221948A CA3221948A1 CA 3221948 A1 CA3221948 A1 CA 3221948A1 CA 3221948 A CA3221948 A CA 3221948A CA 3221948 A CA3221948 A CA 3221948A CA 3221948 A1 CA3221948 A1 CA 3221948A1
- Authority
- CA
- Canada
- Prior art keywords
- hydrogen
- fuel cell
- storage device
- storage
- heat
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000003860 storage Methods 0.000 title claims abstract description 204
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 189
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 51
- 150000004681 metal hydrides Chemical class 0.000 title claims abstract description 51
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 title description 10
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 220
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 220
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 171
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims abstract description 79
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 claims description 166
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 78
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 45
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 42
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 42
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 36
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 31
- 238000003795 desorption Methods 0.000 claims description 25
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 claims description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- 210000000352 storage cell Anatomy 0.000 claims description 14
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 12
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 9
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 8
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 38
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 12
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 6
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 5
- 229910012375 magnesium hydride Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910005438 FeTi Inorganic materials 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 229910002335 LaNi5 Inorganic materials 0.000 description 1
- DLBCVDYPUSWERR-UHFFFAOYSA-N [NiH2].[La] Chemical compound [NiH2].[La] DLBCVDYPUSWERR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- -1 lanthanum hydride-nickel Chemical compound 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000011017 operating method Methods 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 150000002926 oxygen Chemical class 0.000 description 1
- LVTJOONKWUXEFR-FZRMHRINSA-N protoneodioscin Natural products O(C[C@@H](CC[C@]1(O)[C@H](C)[C@@H]2[C@]3(C)[C@H]([C@H]4[C@@H]([C@]5(C)C(=CC4)C[C@@H](O[C@@H]4[C@H](O[C@H]6[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](C)O6)[C@@H](O)[C@H](O[C@H]6[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](C)O6)[C@H](CO)O4)CC5)CC3)C[C@@H]2O1)C)[C@H]1[C@H](O)[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 LVTJOONKWUXEFR-FZRMHRINSA-N 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
- H01M8/04216—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes characterised by the choice for a specific material, e.g. carbon, hydride, absorbent
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
- H01M8/182—Regeneration by thermal means
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04029—Heat exchange using liquids
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04097—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
- H01M8/184—Regeneration by electrochemical means
- H01M8/186—Regeneration by electrochemical means by electrolytic decomposition of the electrolytic solution or the formed water product
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
- H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
- H01M8/04164—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by condensers, gas-liquid separators or filters
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
L'invention concerne un système comprenant : une pile à combustible propre à fonctionner dans un premier et un deuxième mode de fonctionnement, tels que : dans le premier mode, la pile à combustible consomme de l'énergie pour produire de l'hydrogène, et dans le deuxième mode, la pile à combustible produit de l'énergie en consommant de l'hydrogène, un premier dispositif de stockage pour stocker de l'hydrogène produit par la pile à combustible lorsque la pile à combustible est dans le premier mode, le premier dispositif de stockage étant propre à absorber l'hydrogène à une première pression, et à libérer l'hydrogène à une deuxième pression, supérieure à la première pression, un deuxième dispositif de stockage propre à stocker de l'hydrogène en provenance du premier dispositif de stockage, le deuxième dispositif de stockage étant propre à absorber l'hydrogène en formant avec l'hydrogène un deuxième hydrure métallique lorsque l'hydrogène est à la deuxième pression.
Description
DESCRIPTION
TITRE DE L'INVENTION : SYSTEME RÉVERSIBLE COMPRENANT UNE PILE A
COMBUSTIBLE RÉVERSIBLE ET UN DISPOSITIF DE STOCKAGE A HYDRURE
MÉTALLIQUE.
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne les systèmes de stockage et de production autonome d'énergie électrique et plus précisément les systèmes réversibles offrant la possibilité
de générer de l'hydrogène, de l'électricité, de la chaleur et/ou de l'eau. Ces systèmes fonctionnent de manière autonome et utilisent une pile à combustible réversible.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Le développement de sources d'énergie renouvelable s'accompagne du développement de technologies optimisant leur utilisation et leurs rendements.
Parmi les différentes sources d'énergie renouvelable disponibles, la pile à
combustible à
hydrogène, capable de générer de l'électricité tout en limitant l'émission de gaz à effet de serre, suscite un grand intérêt.
La pile à combustible est un dispositif électrochimique dont le fonctionnement repose sur des réactions chimiques d'oxydo-réduction pour produire de l'énergie électrique : une oxydation d'un combustible réducteur sur une électrode et une réduction d'un oxydant sur une autre électrode. La pile à combustible à
hydrogène peut notamment fonctionner sélectivement selon deux modes de fonctionnement :
un premier mode de fonctionnement dans lequel la pile à combustible est en régime d'électrolyse et un deuxième mode de fonctionnement dans lequel la pile à
combustible est en régime de décharge. La pile à combustible de type SOFC ( Solid Oxide Fuel Cell selon la terminologie anglo-saxonne) peut fonctionner suivant diverses réactions chimiques impliquant par exemple, du méthanol, du méthane, ou simplement du dihydrogène du côté de l'électrode à hydrogène et de l'oxygène du côté de l'électrode à oxygène. Il sera fait référence par simplicité au cas des piles à
combustible impliquant oxygène et hydrogène.
Dans le premier mode de fonctionnement, le régime d'électrolyse, une première réaction endothermique permet de produire de l'hydrogène et de l'oxygène, moyennant un apport d'énergie sous forme d'électricité et de chaleur :
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
TITRE DE L'INVENTION : SYSTEME RÉVERSIBLE COMPRENANT UNE PILE A
COMBUSTIBLE RÉVERSIBLE ET UN DISPOSITIF DE STOCKAGE A HYDRURE
MÉTALLIQUE.
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne les systèmes de stockage et de production autonome d'énergie électrique et plus précisément les systèmes réversibles offrant la possibilité
de générer de l'hydrogène, de l'électricité, de la chaleur et/ou de l'eau. Ces systèmes fonctionnent de manière autonome et utilisent une pile à combustible réversible.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Le développement de sources d'énergie renouvelable s'accompagne du développement de technologies optimisant leur utilisation et leurs rendements.
Parmi les différentes sources d'énergie renouvelable disponibles, la pile à
combustible à
hydrogène, capable de générer de l'électricité tout en limitant l'émission de gaz à effet de serre, suscite un grand intérêt.
La pile à combustible est un dispositif électrochimique dont le fonctionnement repose sur des réactions chimiques d'oxydo-réduction pour produire de l'énergie électrique : une oxydation d'un combustible réducteur sur une électrode et une réduction d'un oxydant sur une autre électrode. La pile à combustible à
hydrogène peut notamment fonctionner sélectivement selon deux modes de fonctionnement :
un premier mode de fonctionnement dans lequel la pile à combustible est en régime d'électrolyse et un deuxième mode de fonctionnement dans lequel la pile à
combustible est en régime de décharge. La pile à combustible de type SOFC ( Solid Oxide Fuel Cell selon la terminologie anglo-saxonne) peut fonctionner suivant diverses réactions chimiques impliquant par exemple, du méthanol, du méthane, ou simplement du dihydrogène du côté de l'électrode à hydrogène et de l'oxygène du côté de l'électrode à oxygène. Il sera fait référence par simplicité au cas des piles à
combustible impliquant oxygène et hydrogène.
Dans le premier mode de fonctionnement, le régime d'électrolyse, une première réaction endothermique permet de produire de l'hydrogène et de l'oxygène, moyennant un apport d'énergie sous forme d'électricité et de chaleur :
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
2 H20 +Q + 2e- --- H2 + % 02 (électrolyse).
Dans le deuxième mode de fonctionnement, le régime de décharge, une deuxième réaction exothermique permet de produire de la chaleur et de l'électricité
par recombinaison de l'hydrogène et de l'oxygène :
H2 + % 02 ---> H20 + 2e- + Q (décharge).
La chaleur Q et l'énergie électrique e- nécessaires à la réaction endothermique de l'électrolyse pour produire de l'hydrogène à une température et une pression donnée dépendent en partie de l'alimentation électrique utilisée. La tension électrique de la pile à combustible en régime d'électrolyse permet en effet de définir trois modes de fonctionnement différents : allothermique, exothermique ou autothermique.
Le mode autothermique correspond à un mode dans lequel la seule alimentation en énergie électrique permet de fournir l'ensemble de l'énergie nécessaire à la réaction endothermique, c'est-à-dire que la quantité de chaleur Q
consommée par la réaction endothermique est intégralement compensée par l'apport d'énergie électrique qui se transforme en chaleur. La tension appliquée à une pile à
combustible chargée en mode autothermique est appelée thermoneutre.
Le mode exothermique correspond à une tension de à la pile à combustible supérieure à la tension thermoneutre. Pour de telles valeurs de tension, l'apport d'énergie sous forme électrique est tel qu'il produit par lui-même plus de chaleur que nécessaire pour la réaction endothermique. Ce mode consomme plus d'énergie électrique et induit des variations de température au sein de la pile à
combustible qui peuvent affecter son intégrité structurelle.
Le mode allothermique correspond à une tension de la pile à combustible inférieure à la tension thermoneutre. Ce mode implique une plus faible consommation d'énergie électrique. Il est donc a priori préférable. Cependant, il suppose un apport extérieur de chaleur dans la pile à combustible.
Les piles à combustible à hydrogène et oxygène présentent l'avantage de ne pas émettre de gaz à effet de serre, comme le CO2. L'un des inconvénients de leur fonctionnement réside dans le fait que les réactions d'électrolyse et de décharge ont un comportement thermodynamique très différent : l'une consomme de l'énergie électrique et de la chaleur et produit un dégagement de gaz, l'autre produit de l'énergie électrique et de la chaleur et requiert un apport de réactifs gazeux. Par conséquent, afin de gérer les flux de réactifs, de produits, d'énergie électrique et de chaleur, un dispositif de stockage permettant de stocker l'hydrogène produit lors de Date Reçue/Date Received 2023-12-01
Dans le deuxième mode de fonctionnement, le régime de décharge, une deuxième réaction exothermique permet de produire de la chaleur et de l'électricité
par recombinaison de l'hydrogène et de l'oxygène :
H2 + % 02 ---> H20 + 2e- + Q (décharge).
La chaleur Q et l'énergie électrique e- nécessaires à la réaction endothermique de l'électrolyse pour produire de l'hydrogène à une température et une pression donnée dépendent en partie de l'alimentation électrique utilisée. La tension électrique de la pile à combustible en régime d'électrolyse permet en effet de définir trois modes de fonctionnement différents : allothermique, exothermique ou autothermique.
Le mode autothermique correspond à un mode dans lequel la seule alimentation en énergie électrique permet de fournir l'ensemble de l'énergie nécessaire à la réaction endothermique, c'est-à-dire que la quantité de chaleur Q
consommée par la réaction endothermique est intégralement compensée par l'apport d'énergie électrique qui se transforme en chaleur. La tension appliquée à une pile à
combustible chargée en mode autothermique est appelée thermoneutre.
Le mode exothermique correspond à une tension de à la pile à combustible supérieure à la tension thermoneutre. Pour de telles valeurs de tension, l'apport d'énergie sous forme électrique est tel qu'il produit par lui-même plus de chaleur que nécessaire pour la réaction endothermique. Ce mode consomme plus d'énergie électrique et induit des variations de température au sein de la pile à
combustible qui peuvent affecter son intégrité structurelle.
Le mode allothermique correspond à une tension de la pile à combustible inférieure à la tension thermoneutre. Ce mode implique une plus faible consommation d'énergie électrique. Il est donc a priori préférable. Cependant, il suppose un apport extérieur de chaleur dans la pile à combustible.
Les piles à combustible à hydrogène et oxygène présentent l'avantage de ne pas émettre de gaz à effet de serre, comme le CO2. L'un des inconvénients de leur fonctionnement réside dans le fait que les réactions d'électrolyse et de décharge ont un comportement thermodynamique très différent : l'une consomme de l'énergie électrique et de la chaleur et produit un dégagement de gaz, l'autre produit de l'énergie électrique et de la chaleur et requiert un apport de réactifs gazeux. Par conséquent, afin de gérer les flux de réactifs, de produits, d'énergie électrique et de chaleur, un dispositif de stockage permettant de stocker l'hydrogène produit lors de Date Reçue/Date Received 2023-12-01
3 la réaction endothermique est généralement couplé à la pile à combustible. Le dispositif de stockage est utilisé pour stocker l'hydrogène produit par la pile à
combustible lorsque la pile à combustible fonctionne en régime d'électrolyse et restituer l'hydrogène stocké, en tant que réactif, pour alimenter la pile à
combustible lorsque la pile à combustible fonctionne en régime de décharge.
Plusieurs solutions techniques pour stocker l'hydrogène et ensuite le restituer sont envisageables. Le document W02013/190024 propose par exemple un dispositif permettant le stockage réversible par absorption d'hydrogène dans un matériau.
En outre, le document W02016/146956 propose d'utiliser la chaleur produite lo lors du stockage d'hydrogène dans le matériau pour porter un fluide servant à
alimenter la pile à combustible en réactif à une température prédéterminée.
Cependant les différents matériaux capables de stocker de l'hydrogène doivent être mis dans des conditions de pression et de température particulières afin de provoquer une absorption de l'hydrogène par le matériau ou une désorption de l'hydrogène par le matériau.
Certains matériaux métalliques, tel que le magnésium par exemple, permettent de stocker une grande quantité d'hydrogène sous la forme d'un hydrure métallique. Toutefois, l'absorption de l'hydrogène par le matériau exige que l'hydrogène soit maintenu à une pression supérieure à la pression atmosphérique, par exemple une pression de 10 bars pour le magnésium. Or la pile à
combustible produit de l'hydrogène à pression atmosphérique.
Il serait envisageable de prévoir un compresseur à hydrogène permettant d'augmenter la pression de l'hydrogène produit par la pile à combustible pour alimenter le dispositif de stockage en hydrogène sous pression. Toutefois, cette solution est particulièrement complexe à mettre en oeuvre, et est par conséquent peu économique.
EXPOSE DE L'INVENTION
Un but de l'invention est de proposer une solution permettant de stocker efficacement l'hydrogène produit par une pile à combustible.
Ce but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un système comprenant :
- une pile à combustible propre à fonctionner sélectivement dans un premier mode de fonctionnement et dans un deuxième mode de fonctionnement, tels que:
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
combustible lorsque la pile à combustible fonctionne en régime d'électrolyse et restituer l'hydrogène stocké, en tant que réactif, pour alimenter la pile à
combustible lorsque la pile à combustible fonctionne en régime de décharge.
Plusieurs solutions techniques pour stocker l'hydrogène et ensuite le restituer sont envisageables. Le document W02013/190024 propose par exemple un dispositif permettant le stockage réversible par absorption d'hydrogène dans un matériau.
En outre, le document W02016/146956 propose d'utiliser la chaleur produite lo lors du stockage d'hydrogène dans le matériau pour porter un fluide servant à
alimenter la pile à combustible en réactif à une température prédéterminée.
Cependant les différents matériaux capables de stocker de l'hydrogène doivent être mis dans des conditions de pression et de température particulières afin de provoquer une absorption de l'hydrogène par le matériau ou une désorption de l'hydrogène par le matériau.
Certains matériaux métalliques, tel que le magnésium par exemple, permettent de stocker une grande quantité d'hydrogène sous la forme d'un hydrure métallique. Toutefois, l'absorption de l'hydrogène par le matériau exige que l'hydrogène soit maintenu à une pression supérieure à la pression atmosphérique, par exemple une pression de 10 bars pour le magnésium. Or la pile à
combustible produit de l'hydrogène à pression atmosphérique.
Il serait envisageable de prévoir un compresseur à hydrogène permettant d'augmenter la pression de l'hydrogène produit par la pile à combustible pour alimenter le dispositif de stockage en hydrogène sous pression. Toutefois, cette solution est particulièrement complexe à mettre en oeuvre, et est par conséquent peu économique.
EXPOSE DE L'INVENTION
Un but de l'invention est de proposer une solution permettant de stocker efficacement l'hydrogène produit par une pile à combustible.
Ce but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un système comprenant :
- une pile à combustible propre à fonctionner sélectivement dans un premier mode de fonctionnement et dans un deuxième mode de fonctionnement, tels que:
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
4 dans le premier mode de fonctionnement, la pile à combustible consomme de l'énergie électrique pour produire de l'hydrogène et de l'oxygène, et dans le deuxième mode de fonctionnement, la pile à combustible produit de l'énergie électrique en consommant de l'hydrogène et de l'oxygène, - un premier dispositif de stockage pour stocker de l'hydrogène produit par la pile à
combustible lorsque la pile à combustible est dans le premier mode de fonctionnement, le premier dispositif de stockage comprenant un premier matériau propre à absorber l'hydrogène en formant avec l'hydrogène un premier hydrure métallique lorsque l'hydrogène est à une première pression, et à libérer l'hydrogène par désorption lorsque l'hydrogène est à une deuxième pression, supérieure à
la première pression, le premier hydrure métallique présentant une première enthalpie d'absorption, - un deuxième dispositif de stockage propre à stocker de l'hydrogène en provenance du premier dispositif de stockage, le deuxième dispositif de stockage comprenant un deuxième matériau, différent du premier matériau, le deuxième matériau étant propre à absorber l'hydrogène en formant avec l'hydrogène un deuxième hydrure métallique lorsque l'hydrogène est à la deuxième pression, le deuxième hydrure métallique présentant une deuxième enthalpie d'absorption, supérieure, en valeur absolue, à la première enthalpie d'absorption du premier hydrure métallique.
Le premier dispositif de stockage forme ainsi un dispositif de stockage transitoire permettant de faire passer l'hydrogène de la première pression à
la deuxième pression pour alimenter le deuxième dispositif de stockage.
Le deuxième matériau peut être choisi de sorte que le deuxième dispositif de stockage soit capable de stocker une grande quantité d'hydrogène. De plus, la chaleur produite par l'absorption de l'hydrogène par le deuxième matériau peut être utilisée pour chauffer l'eau qui alimente la pile à combustible lorsque la pile à
combustible fonctionne dans le premier mode de fonctionnement, ce qui permet d'augmenter le rendement de la réaction d'électrolyse.
L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible :
- le système comprenant un premier dispositif de chauffage pour chauffer le premier hydrure métallique, de manière à faire passer une pression de l'hydrogène stocké
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
combustible lorsque la pile à combustible est dans le premier mode de fonctionnement, le premier dispositif de stockage comprenant un premier matériau propre à absorber l'hydrogène en formant avec l'hydrogène un premier hydrure métallique lorsque l'hydrogène est à une première pression, et à libérer l'hydrogène par désorption lorsque l'hydrogène est à une deuxième pression, supérieure à
la première pression, le premier hydrure métallique présentant une première enthalpie d'absorption, - un deuxième dispositif de stockage propre à stocker de l'hydrogène en provenance du premier dispositif de stockage, le deuxième dispositif de stockage comprenant un deuxième matériau, différent du premier matériau, le deuxième matériau étant propre à absorber l'hydrogène en formant avec l'hydrogène un deuxième hydrure métallique lorsque l'hydrogène est à la deuxième pression, le deuxième hydrure métallique présentant une deuxième enthalpie d'absorption, supérieure, en valeur absolue, à la première enthalpie d'absorption du premier hydrure métallique.
Le premier dispositif de stockage forme ainsi un dispositif de stockage transitoire permettant de faire passer l'hydrogène de la première pression à
la deuxième pression pour alimenter le deuxième dispositif de stockage.
Le deuxième matériau peut être choisi de sorte que le deuxième dispositif de stockage soit capable de stocker une grande quantité d'hydrogène. De plus, la chaleur produite par l'absorption de l'hydrogène par le deuxième matériau peut être utilisée pour chauffer l'eau qui alimente la pile à combustible lorsque la pile à
combustible fonctionne dans le premier mode de fonctionnement, ce qui permet d'augmenter le rendement de la réaction d'électrolyse.
L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible :
- le système comprenant un premier dispositif de chauffage pour chauffer le premier hydrure métallique, de manière à faire passer une pression de l'hydrogène stocké
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
5 dans le premier dispositif de stockage de la première pression à la deuxième pression ;
- le premier dispositif de chauffage est propre à être alimenté en chaleur par de l'eau résiduelle, qui n'a pas été consommée par la pile à combustible lorsque la pile à
combustible fonctionne dans le premier mode de fonctionnement ;
- le deuxième matériau est propre à produire, lors du stockage par absorption de l'hydrogène dans le deuxième matériau, une quantité de chaleur nécessaire à
vaporiser de l'eau alimentant la pile à combustible lorsque la pile à
combustible fonctionne dans le premier mode de fonctionnement ;
- le système comprenant un premier échangeur thermique propre à transférer de la chaleur produite lors du stockage par absorption de l'hydrogène dans le deuxième matériau à l'eau alimentant la pile à combustible lorsque la pile à
combustible fonctionne dans le premier mode de fonctionnement ;
- le premier échangeur thermique est propre à transférer de la chaleur de l'eau produite par la pile à combustible vers le deuxième hydrure métallique de manière à
provoquer une désorption de l'hydrogène stocké dans le deuxième dispositif de stockage pour alimenter la pile à combustible en hydrogène lorsque la pile à
combustible fonctionne dans le deuxième mode de fonctionnement ;
- le système comprenant un deuxième échangeur thermique propre à transférer de la chaleur de l'hydrogène produit par la pile à combustible vers de l'eau alimentant la pile à combustible pour alimenter la pile à combustible en vapeur lorsque la pile à
combustible fonctionne dans le premier mode de fonctionnement ;
- le deuxième échangeur thermique est propre à transférer de la chaleur de l'eau produite par la pile à combustible vers de l'hydrogène en provenance du premier dispositif de stockage et/ou du deuxième dispositif de stockage pour alimenter la pile à combustible avec de l'hydrogène chauffé, lorsque la pile à combustible fonctionne dans le deuxième mode de fonctionnement ;
- le système comprenant un condenseur pour séparer l'hydrogène produit par la pile à combustible et de l'eau résiduelle qui n'a pas été consommée par la pile à
combustible lorsque la pile à combustible fonctionne dans le premier mode de fonctionnement ;
- le premier dispositif de stockage comprend une pluralité de cellules de stockage et une canalisation d'entrée/sortie, chaque cellule de stockage étant propre à
être alimentée en hydrogène en provenance de la pile à combustible et à être déchargée Date Reçue/Date Received 2023-12-01
- le premier dispositif de chauffage est propre à être alimenté en chaleur par de l'eau résiduelle, qui n'a pas été consommée par la pile à combustible lorsque la pile à
combustible fonctionne dans le premier mode de fonctionnement ;
- le deuxième matériau est propre à produire, lors du stockage par absorption de l'hydrogène dans le deuxième matériau, une quantité de chaleur nécessaire à
vaporiser de l'eau alimentant la pile à combustible lorsque la pile à
combustible fonctionne dans le premier mode de fonctionnement ;
- le système comprenant un premier échangeur thermique propre à transférer de la chaleur produite lors du stockage par absorption de l'hydrogène dans le deuxième matériau à l'eau alimentant la pile à combustible lorsque la pile à
combustible fonctionne dans le premier mode de fonctionnement ;
- le premier échangeur thermique est propre à transférer de la chaleur de l'eau produite par la pile à combustible vers le deuxième hydrure métallique de manière à
provoquer une désorption de l'hydrogène stocké dans le deuxième dispositif de stockage pour alimenter la pile à combustible en hydrogène lorsque la pile à
combustible fonctionne dans le deuxième mode de fonctionnement ;
- le système comprenant un deuxième échangeur thermique propre à transférer de la chaleur de l'hydrogène produit par la pile à combustible vers de l'eau alimentant la pile à combustible pour alimenter la pile à combustible en vapeur lorsque la pile à
combustible fonctionne dans le premier mode de fonctionnement ;
- le deuxième échangeur thermique est propre à transférer de la chaleur de l'eau produite par la pile à combustible vers de l'hydrogène en provenance du premier dispositif de stockage et/ou du deuxième dispositif de stockage pour alimenter la pile à combustible avec de l'hydrogène chauffé, lorsque la pile à combustible fonctionne dans le deuxième mode de fonctionnement ;
- le système comprenant un condenseur pour séparer l'hydrogène produit par la pile à combustible et de l'eau résiduelle qui n'a pas été consommée par la pile à
combustible lorsque la pile à combustible fonctionne dans le premier mode de fonctionnement ;
- le premier dispositif de stockage comprend une pluralité de cellules de stockage et une canalisation d'entrée/sortie, chaque cellule de stockage étant propre à
être alimentée en hydrogène en provenance de la pile à combustible et à être déchargée Date Reçue/Date Received 2023-12-01
6 en hydrogène vers le deuxième dispositif de stockage via la canalisation d'entrée/sortie, et une vanne propre à être commandé pour raccorder la canalisation d'entrée/sortie de chaque cellule de stockage sélectivement à une canalisation pour le transport de l'hydrogène, configurée pour transporter l'hydrogène entre la pile à
combustible et/ou le premier dispositif de stockage et/ou le deuxième dispositif de stockage, de manière indépendante des autres cellules de stockage ;
- le système comprenant une vanne de raccordement propre à raccorder le deuxième dispositif de stockage sélectivement au premier dispositif de stockage pour alimenter le deuxième dispositif de stockage en hydrogène en provenance du premier dispositif lo de stockage lorsque la pile à combustible fonctionne dans le premier mode de fonctionnement ou à la pile à combustible pour alimenter la pile à combustible en hydrogène en provenance du deuxième dispositif de stockage lorsque la pile à
combustible fonctionne dans le deuxième mode de fonctionnement ;
- le système comprenant un deuxième dispositif de chauffage et un régulateur propre à commander le deuxième dispositif de chauffage pour maintenir la pile à
combustible à une température de fonctionnement nominale prédéfinie, comprise entre 650 et 8500;
- le premier matériau du premier dispositif de stockage comprend un composé
choisi parmi le Lanthane, le Titane, le Vanadium, le Nickel ou une combinaison de ces éléments ;
- le deuxième matériau du deuxième dispositif de stockage comprend du Magnésium.
Selon un autre aspect, il est proposé un procédé de fonctionnement d'un système tel que défini précédemment, dans lequel la pile à combustible fonctionne dans le premier mode de fonctionnement, le procédé comprenant des étapes de:
- stocker par absorption de l'hydrogène produit par la pile à combustible à
la première pression dans le premier dispositif de stockage, - chauffer le premier hydrure métallique de manière à faire passer l'hydrogène stocké
dans le premier dispositif de stockage de la première pression à la deuxième pression, - libérer par désorption l'hydrogène stocké dans le premier dispositif de stockage, et - stocker par absorption l'hydrogène libéré en provenance du premier dispositif de stockage dans le deuxième dispositif de stockage à la deuxième pression, le Date Reçue/Date Received 2023-12-01
combustible et/ou le premier dispositif de stockage et/ou le deuxième dispositif de stockage, de manière indépendante des autres cellules de stockage ;
- le système comprenant une vanne de raccordement propre à raccorder le deuxième dispositif de stockage sélectivement au premier dispositif de stockage pour alimenter le deuxième dispositif de stockage en hydrogène en provenance du premier dispositif lo de stockage lorsque la pile à combustible fonctionne dans le premier mode de fonctionnement ou à la pile à combustible pour alimenter la pile à combustible en hydrogène en provenance du deuxième dispositif de stockage lorsque la pile à
combustible fonctionne dans le deuxième mode de fonctionnement ;
- le système comprenant un deuxième dispositif de chauffage et un régulateur propre à commander le deuxième dispositif de chauffage pour maintenir la pile à
combustible à une température de fonctionnement nominale prédéfinie, comprise entre 650 et 8500;
- le premier matériau du premier dispositif de stockage comprend un composé
choisi parmi le Lanthane, le Titane, le Vanadium, le Nickel ou une combinaison de ces éléments ;
- le deuxième matériau du deuxième dispositif de stockage comprend du Magnésium.
Selon un autre aspect, il est proposé un procédé de fonctionnement d'un système tel que défini précédemment, dans lequel la pile à combustible fonctionne dans le premier mode de fonctionnement, le procédé comprenant des étapes de:
- stocker par absorption de l'hydrogène produit par la pile à combustible à
la première pression dans le premier dispositif de stockage, - chauffer le premier hydrure métallique de manière à faire passer l'hydrogène stocké
dans le premier dispositif de stockage de la première pression à la deuxième pression, - libérer par désorption l'hydrogène stocké dans le premier dispositif de stockage, et - stocker par absorption l'hydrogène libéré en provenance du premier dispositif de stockage dans le deuxième dispositif de stockage à la deuxième pression, le Date Reçue/Date Received 2023-12-01
7 deuxième dispositif de stockage stockant l'hydrogène libéré à une même vitesse que le premier dispositif de stockage libère l'hydrogène stocké.
Selon un autre aspect, il est également proposé un procédé de fonctionnement d'un système tel que défini précédemment, dans lequel la pile à combustible fonctionne dans le deuxième mode de fonctionnement, le procédé comprenant des étapes de:
- chauffer le deuxième hydrure métallique de manière à provoquer une désorption de l'hydrogène stocké dans le deuxième dispositif de stockage, et - alimenter la pile à combustible avec l'hydrogène désorbé en provenance du deuxième dispositif de stockage.
Le procédé peut comprendre en outre des étapes de:
- chauffer le premier hydrure métallique de manière à provoquer une désorption de l'hydrogène stocké dans le premier dispositif de stockage, et - alimenter la pile à combustible avec l'hydrogène désorbé en provenance du premier dispositif de stockage.
PRESENTATION DES FIGURES
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 représente de manière schématique un système selon un mode de réalisation possible de l'invention ;
- la figure 2 représente de manière schématique le système fonctionnant selon un premier mode de fonctionnement ;
- la figure 3 représente de manière schématique le système fonctionnant selon un deuxième mode de fonctionnement ;
- les figures 4A et 4B illustrent respectivement des étapes d'un premier procédé de fonctionnement du système et d'un deuxième procédé de fonctionnement du système.
Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques.
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
Selon un autre aspect, il est également proposé un procédé de fonctionnement d'un système tel que défini précédemment, dans lequel la pile à combustible fonctionne dans le deuxième mode de fonctionnement, le procédé comprenant des étapes de:
- chauffer le deuxième hydrure métallique de manière à provoquer une désorption de l'hydrogène stocké dans le deuxième dispositif de stockage, et - alimenter la pile à combustible avec l'hydrogène désorbé en provenance du deuxième dispositif de stockage.
Le procédé peut comprendre en outre des étapes de:
- chauffer le premier hydrure métallique de manière à provoquer une désorption de l'hydrogène stocké dans le premier dispositif de stockage, et - alimenter la pile à combustible avec l'hydrogène désorbé en provenance du premier dispositif de stockage.
PRESENTATION DES FIGURES
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 représente de manière schématique un système selon un mode de réalisation possible de l'invention ;
- la figure 2 représente de manière schématique le système fonctionnant selon un premier mode de fonctionnement ;
- la figure 3 représente de manière schématique le système fonctionnant selon un deuxième mode de fonctionnement ;
- les figures 4A et 4B illustrent respectivement des étapes d'un premier procédé de fonctionnement du système et d'un deuxième procédé de fonctionnement du système.
Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques.
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
8 DESCRIPTION DETAILLEE
Système général Sur la figure 1, le système 1 comprend une pile à combustible 2, un premier dispositif de stockage 3 (ou dispositif de stockage basse pression) et un deuxième dispositif de stockage 4 (ou dispositif de stockage haute pression).
La pile à combustible 2 comprend généralement d'une pluralité de cellules élémentaires (non représentées) comprenant chacune une anode et une cathode.
La figure 1 représente à titre d'exemple une pile à combustible 2 capable de produire du dihydrogène H2. Pour plus de simplicité on parlera par la suite d'hydrogène H2.
L'invention peut cependant tout à fait être mise en oeuvre sur d'autres catégories de piles à combustible utilisant en guise de composé à base d'hydrogène H2, d'autres composés que le dihydrogène H2, tels que par exemple le méthanol, ou le méthane.
On entend par pile à combustible réversible , une pile à combustible conçue pour sélectivement : consommer un réactant chimique A et un réactant chimique B, afin de produire de l'énergie électrique et un composé chimique C, ou consommer de l'énergie électrique et le produit chimique (devenu donc réactant) C, afin de produire les composés A et B. On entend donc par pile à hydrogène réversible , une pile à combustible qui est apte à produire sélectivement :
- de l'hydrogène H2 suivant une première réaction R1 par décomposition d'un fluide comprenant des atomes d'hydrogène H, et - de l'énergie électrique et de la chaleur suivant une deuxième réaction R2 exothermique par recombinaison d'oxygène 02 et d'hydrogène H2.
La première réaction R1 est avantageusement réalisée quand la pile à
combustible 2 fonctionne en régime d'électrolyse. La première réaction R1 est mise en oeuvre dans la pile à combustible 2 quand celle-ci fonctionne selon un premier mode de fonctionnement F1 dit fonctionnement de charge .
R1: H20 + 2e- + Q -> 112 + -202 La deuxième réaction R2 est avantageusement réalisée quand la pile à
combustible 2 fonctionne en régime de décharge. La deuxième réaction R2 est mise en oeuvre dans la pile à combustible 2 quand celle-ci fonctionne selon un deuxième mode de fonctionnement F2, dit fonctionnement de décharge .
R2: H2 -F -202 -> H20 -F 2e- + Q
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
Système général Sur la figure 1, le système 1 comprend une pile à combustible 2, un premier dispositif de stockage 3 (ou dispositif de stockage basse pression) et un deuxième dispositif de stockage 4 (ou dispositif de stockage haute pression).
La pile à combustible 2 comprend généralement d'une pluralité de cellules élémentaires (non représentées) comprenant chacune une anode et une cathode.
La figure 1 représente à titre d'exemple une pile à combustible 2 capable de produire du dihydrogène H2. Pour plus de simplicité on parlera par la suite d'hydrogène H2.
L'invention peut cependant tout à fait être mise en oeuvre sur d'autres catégories de piles à combustible utilisant en guise de composé à base d'hydrogène H2, d'autres composés que le dihydrogène H2, tels que par exemple le méthanol, ou le méthane.
On entend par pile à combustible réversible , une pile à combustible conçue pour sélectivement : consommer un réactant chimique A et un réactant chimique B, afin de produire de l'énergie électrique et un composé chimique C, ou consommer de l'énergie électrique et le produit chimique (devenu donc réactant) C, afin de produire les composés A et B. On entend donc par pile à hydrogène réversible , une pile à combustible qui est apte à produire sélectivement :
- de l'hydrogène H2 suivant une première réaction R1 par décomposition d'un fluide comprenant des atomes d'hydrogène H, et - de l'énergie électrique et de la chaleur suivant une deuxième réaction R2 exothermique par recombinaison d'oxygène 02 et d'hydrogène H2.
La première réaction R1 est avantageusement réalisée quand la pile à
combustible 2 fonctionne en régime d'électrolyse. La première réaction R1 est mise en oeuvre dans la pile à combustible 2 quand celle-ci fonctionne selon un premier mode de fonctionnement F1 dit fonctionnement de charge .
R1: H20 + 2e- + Q -> 112 + -202 La deuxième réaction R2 est avantageusement réalisée quand la pile à
combustible 2 fonctionne en régime de décharge. La deuxième réaction R2 est mise en oeuvre dans la pile à combustible 2 quand celle-ci fonctionne selon un deuxième mode de fonctionnement F2, dit fonctionnement de décharge .
R2: H2 -F -202 -> H20 -F 2e- + Q
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
9 La pile à combustible 2 fonctionne avantageusement, dans le premier et le deuxième mode de fonctionnement F1, F2, à une température Ti dite température de fonctionnement nominal . La température de fonctionnement nominal Ti de la pile à combustible 2 est par exemple proche de 8500, +/- 20%. Le fonctionnement de la pile à combustible à cette température Ti présente de nombreux avantages.
En effet, cela permet de réduire la tension de fonctionnement, d'accélérer la cinétique des réactions dans la pile à combustible, de réduire les pertes énergétiques, et de d'utiliser un seul type de cellule réversible au lieu de deux dans un fonctionnement à
basse température.
Selon un mode de réalisation, le système 1 comprend un dispositif de chauffage 20, appelé deuxième dispositif de chauffage 20 propre à être commandé
par un régulateur, pour chauffer la pile à combustible 2 à la température de fonctionnement nominal Ti prédéfinie.
Le système 1 comprend, en outre, pour la pile à combustible 2, une vanne pour l'admission et l'éjection de l'hydrogène 21, une vanne pour l'éjection de l'oxygène 22, une vanne pour l'admission de l'oxygène 23 et une vanne pour l'admission et l'éjection de l'eau 24.
Le premier dispositif de stockage 3 et le deuxième dispositif de stockage 4 sont raccordés à la pile à combustible 2 afin de stocker l'hydrogène H2 produit lors de la première réaction R1 en régime d'électrolyse et de le restituer en tant que réactif de la deuxième réaction R2 pour alimenter la pile à combustible 2 en régime de décharge.
Premier dispositif de stockage Le premier dispositif de stockage 3 comprend un premier matériau M1 propre à absorber de l'hydrogène H2 en formant avec l'hydrogène H2 un premier hydrure métallique HM1 lorsque l'hydrogène H2 est à une première pression PO et une température TO, dite température ambiante TO, et à libérer l'hydrogène H2 par désorption à une deuxième pression P1, supérieure à la première pression PO.
On entend par hydrure un composé chimique constitué d'hydrogène H2 et d'un autre élément encore moins électronégatif. Un hydrure métallique est donc un composé chimique constitué d'hydrogène H2 et d'un élément métallique M. Le métal composant l'hydrure métallique est avantageusement choisi afin de faciliter l'absorption et la désorption de l'hydrogène H2, de maximiser la capacité de stockage Date Reçue/Date Received 2023-12-01
En effet, cela permet de réduire la tension de fonctionnement, d'accélérer la cinétique des réactions dans la pile à combustible, de réduire les pertes énergétiques, et de d'utiliser un seul type de cellule réversible au lieu de deux dans un fonctionnement à
basse température.
Selon un mode de réalisation, le système 1 comprend un dispositif de chauffage 20, appelé deuxième dispositif de chauffage 20 propre à être commandé
par un régulateur, pour chauffer la pile à combustible 2 à la température de fonctionnement nominal Ti prédéfinie.
Le système 1 comprend, en outre, pour la pile à combustible 2, une vanne pour l'admission et l'éjection de l'hydrogène 21, une vanne pour l'éjection de l'oxygène 22, une vanne pour l'admission de l'oxygène 23 et une vanne pour l'admission et l'éjection de l'eau 24.
Le premier dispositif de stockage 3 et le deuxième dispositif de stockage 4 sont raccordés à la pile à combustible 2 afin de stocker l'hydrogène H2 produit lors de la première réaction R1 en régime d'électrolyse et de le restituer en tant que réactif de la deuxième réaction R2 pour alimenter la pile à combustible 2 en régime de décharge.
Premier dispositif de stockage Le premier dispositif de stockage 3 comprend un premier matériau M1 propre à absorber de l'hydrogène H2 en formant avec l'hydrogène H2 un premier hydrure métallique HM1 lorsque l'hydrogène H2 est à une première pression PO et une température TO, dite température ambiante TO, et à libérer l'hydrogène H2 par désorption à une deuxième pression P1, supérieure à la première pression PO.
On entend par hydrure un composé chimique constitué d'hydrogène H2 et d'un autre élément encore moins électronégatif. Un hydrure métallique est donc un composé chimique constitué d'hydrogène H2 et d'un élément métallique M. Le métal composant l'hydrure métallique est avantageusement choisi afin de faciliter l'absorption et la désorption de l'hydrogène H2, de maximiser la capacité de stockage Date Reçue/Date Received 2023-12-01
10 et de sélectionner une gamme de pression et de température de fonctionnement.
En outre, l'hydrure métallique HM génère de la chaleur lors du stockage de l'hydrogène H2 et libère de l'hydrogène H2 lorsque l'hydrure métallique HM est chauffé. La quantité
de chaleur générée par l'hydrure métallique HM lors du stockage de l'hydrogène est liée à une enthalpie propre à chaque hydrure métallique HM, notée AH et dite enthalpie standard de formation de l'hydrure métallique ou enthalpie d'absorption/désorption de l'hydrure métallique ou plus simplement, enthalpie d'absorption de l'hydrure métallique . La valeur de l'enthalpie d'absorption d'un hydrure métallique HM est corrélée à la pente de la droite de Van't Hoff de l'hydrure métallique HM dans un diagramme de Van't Hoff. Autrement dit, plus la pente de la droite de Van't Hoff d'un hydrure métallique HM dans le diagramme de Van't Hoff est élevée en valeur absolue, plus l'enthalpie d'absorption de l'hydrure métallique HM est élevée en valeur absolue.
La première pression PO est, par exemple, égale à 1 bar.
La deuxième pression P1 est, par exemple, égale à 10 bars.
Le premier matériau M1 est, par exemple, choisi parmi le Lanthane, le Titane, le Vanadium, le Nickel ou une combinaison de ces éléments, comme par exemple le LaNi5, le FeTi ou le FeTio,85Mn0,05. Un tel premier matériau M1 est propre à
absorber de l'hydrogène H2 en formant avec l'hydrogène H2 un premier hydrure métallique par exemple du type LaNi5H2, le FeTiH2 ou le FeTio,85Mno,051-12.
Selon un mode de réalisation, le système 1 comprend un dispositif de chauffage 31, appelé premier dispositif de chauffage 31, pour chauffer le premier hydrure métallique HM1 du premier dispositif de stockage 3, de manière à faire passer la pression de l'hydrogène de la première pression PO à la deuxième pression P1. Le dispositif de chauffage 31 est adapté pour chauffer le premier dispositif de stockage 3 jusqu'à une température T3, préférentiellement de 60 C.
Selon un mode de réalisation, le premier dispositif de stockage 3 comprend une canalisation d'entrée/sortie 32 et une vanne 36. La vanne 36 est propre à:
- connecter la canalisation d'entrée/sortie 32 à une alimentation en hydrogène H2 du premier dispositif de stockage (décrite ci-après) pour mettre en oeuvre l'absorption, ou - connecter la canalisation d'entrée/sortie 32 à une évacuation d'hydrogène H2 du premier dispositif de stockage 3 (décrite ci-après) pour mettre en oeuvre la désorption, ou Date Reçue/Date Received 2023-12-01
En outre, l'hydrure métallique HM génère de la chaleur lors du stockage de l'hydrogène H2 et libère de l'hydrogène H2 lorsque l'hydrure métallique HM est chauffé. La quantité
de chaleur générée par l'hydrure métallique HM lors du stockage de l'hydrogène est liée à une enthalpie propre à chaque hydrure métallique HM, notée AH et dite enthalpie standard de formation de l'hydrure métallique ou enthalpie d'absorption/désorption de l'hydrure métallique ou plus simplement, enthalpie d'absorption de l'hydrure métallique . La valeur de l'enthalpie d'absorption d'un hydrure métallique HM est corrélée à la pente de la droite de Van't Hoff de l'hydrure métallique HM dans un diagramme de Van't Hoff. Autrement dit, plus la pente de la droite de Van't Hoff d'un hydrure métallique HM dans le diagramme de Van't Hoff est élevée en valeur absolue, plus l'enthalpie d'absorption de l'hydrure métallique HM est élevée en valeur absolue.
La première pression PO est, par exemple, égale à 1 bar.
La deuxième pression P1 est, par exemple, égale à 10 bars.
Le premier matériau M1 est, par exemple, choisi parmi le Lanthane, le Titane, le Vanadium, le Nickel ou une combinaison de ces éléments, comme par exemple le LaNi5, le FeTi ou le FeTio,85Mn0,05. Un tel premier matériau M1 est propre à
absorber de l'hydrogène H2 en formant avec l'hydrogène H2 un premier hydrure métallique par exemple du type LaNi5H2, le FeTiH2 ou le FeTio,85Mno,051-12.
Selon un mode de réalisation, le système 1 comprend un dispositif de chauffage 31, appelé premier dispositif de chauffage 31, pour chauffer le premier hydrure métallique HM1 du premier dispositif de stockage 3, de manière à faire passer la pression de l'hydrogène de la première pression PO à la deuxième pression P1. Le dispositif de chauffage 31 est adapté pour chauffer le premier dispositif de stockage 3 jusqu'à une température T3, préférentiellement de 60 C.
Selon un mode de réalisation, le premier dispositif de stockage 3 comprend une canalisation d'entrée/sortie 32 et une vanne 36. La vanne 36 est propre à:
- connecter la canalisation d'entrée/sortie 32 à une alimentation en hydrogène H2 du premier dispositif de stockage (décrite ci-après) pour mettre en oeuvre l'absorption, ou - connecter la canalisation d'entrée/sortie 32 à une évacuation d'hydrogène H2 du premier dispositif de stockage 3 (décrite ci-après) pour mettre en oeuvre la désorption, ou Date Reçue/Date Received 2023-12-01
11 - fermer la canalisation d'entrée/sortie 32 pour chauffer, sans le désorber, l'hydrogène H2 stocké dans le premier dispositif de stockage 3.
Selon un mode de réalisation, le premier dispositif de stockage 3 comprend une pluralité de cellules de stockage 35, comprenant chacune une vanne 36. La vanne 36 de chaque cellule de stockage 35 est propre à être commandée pour connecter la canalisation d'entrée/sortie 32 à l'alimentation en hydrogène H2 du premier dispositif de stockage ou à l'évacuation d'hydrogène H2 du premier dispositif de stockage 3 de manière indépendante des autres cellules de stockage 35.
Ainsi, chaque cellule de stockage 35 est propre à être alimentée en hydrogène H2 en provenance de la pile à combustible 2, chauffé par le dispositif de chauffage 31 et être déchargée en hydrogène H2 vers le deuxième dispositif de stockage 4. Le nombre de cellules de stockage 35 du premier dispositif de stockage 3 est déterminé
afin de produire, selon le premier mode de fonctionnement F1, un flux de transfert d'hydrogène H2 souhaité entre le premier dispositif de stockage 3 et le deuxième dispositif de stockage 4.
Deuxième dispositif de stockage Le deuxième dispositif de stockage 4 comprend un deuxième matériau M2, différent du premier matériau M1. Le deuxième matériau M2 est propre à
absorber de l'hydrogène H2 en formant avec l'hydrogène H2 un deuxième hydrure métallique HM2 lorsque l'hydrogène H2 est à la deuxième pression P1.
Le deuxième dispositif de stockage 4 est ainsi propre à stocker l'hydrogène H2 quand celui-ci est à une pression égale à la deuxième pression P1 de désorption de l'hydrogène H2 par le premier dispositif de stockage 3.
Préférentiellement, le deuxième hydrure métallique HM2 présente une enthalpie d'absorption supérieure en valeur absolue à une enthalpie d'absorption du premier hydrure métallique HM1 . Avantageusement, l'enthalpie d'absorption du deuxième hydrure métallique HM2 est au moins deux fois supérieure (en valeur absolue) à l'enthalpie d'absorption du premier hydrure métallique HM1.
Ainsi, le deuxième hydrure métallique HM2 du deuxième dispositif de stockage 4 est capable de stocker de l'hydrogène H2 à plus haute pression que le premier hydrure métallique HM1 du premier dispositif de stockage 3 et donc de stocker une plus grande quantité d'hydrogène (à masse de matériau équivalente). De plus, le deuxième hydrure métallique HM2, du deuxième dispositif de stockage 4, est Date Reçue/Date Received 2023-12-01
Selon un mode de réalisation, le premier dispositif de stockage 3 comprend une pluralité de cellules de stockage 35, comprenant chacune une vanne 36. La vanne 36 de chaque cellule de stockage 35 est propre à être commandée pour connecter la canalisation d'entrée/sortie 32 à l'alimentation en hydrogène H2 du premier dispositif de stockage ou à l'évacuation d'hydrogène H2 du premier dispositif de stockage 3 de manière indépendante des autres cellules de stockage 35.
Ainsi, chaque cellule de stockage 35 est propre à être alimentée en hydrogène H2 en provenance de la pile à combustible 2, chauffé par le dispositif de chauffage 31 et être déchargée en hydrogène H2 vers le deuxième dispositif de stockage 4. Le nombre de cellules de stockage 35 du premier dispositif de stockage 3 est déterminé
afin de produire, selon le premier mode de fonctionnement F1, un flux de transfert d'hydrogène H2 souhaité entre le premier dispositif de stockage 3 et le deuxième dispositif de stockage 4.
Deuxième dispositif de stockage Le deuxième dispositif de stockage 4 comprend un deuxième matériau M2, différent du premier matériau M1. Le deuxième matériau M2 est propre à
absorber de l'hydrogène H2 en formant avec l'hydrogène H2 un deuxième hydrure métallique HM2 lorsque l'hydrogène H2 est à la deuxième pression P1.
Le deuxième dispositif de stockage 4 est ainsi propre à stocker l'hydrogène H2 quand celui-ci est à une pression égale à la deuxième pression P1 de désorption de l'hydrogène H2 par le premier dispositif de stockage 3.
Préférentiellement, le deuxième hydrure métallique HM2 présente une enthalpie d'absorption supérieure en valeur absolue à une enthalpie d'absorption du premier hydrure métallique HM1 . Avantageusement, l'enthalpie d'absorption du deuxième hydrure métallique HM2 est au moins deux fois supérieure (en valeur absolue) à l'enthalpie d'absorption du premier hydrure métallique HM1.
Ainsi, le deuxième hydrure métallique HM2 du deuxième dispositif de stockage 4 est capable de stocker de l'hydrogène H2 à plus haute pression que le premier hydrure métallique HM1 du premier dispositif de stockage 3 et donc de stocker une plus grande quantité d'hydrogène (à masse de matériau équivalente). De plus, le deuxième hydrure métallique HM2, du deuxième dispositif de stockage 4, est Date Reçue/Date Received 2023-12-01
12 capable de stocker de l'hydrogène H2 en générant une chaleur plus importante que la chaleur générée lors du stockage de l'hydrogène H2 par le premier hydrure métallique HM1, du premier dispositif de stockage 3.
Le deuxième matériau M2 est, par exemple, choisi parmi le Magnésium ou le Sodium, ou une combinaison de ces éléments, comme par exemple le Mg, NaMg, Mg2Fe, Mg2. Le deuxième hydrure métallique HM2 peut être choisi parmi les composés de la famille du magnésium tels que MgH2, NaMgH2, Mg2Fel-16, Mg2NiH4.
L'hydrure de magnésium est particulièrement intéressant car il présente une très grande capacité d'absorption d'hydrogène H2 et qu'il génère une grande quantité de lo chaleur au cours du processus de stockage par absorption à une pression égale à la deuxième pression P1 de désorption de l'hydrogène H2 par le premier dispositif de stockage 3.
Par exemple, l'enthalpie d'absorption de l'hydrure de magnésium MgH2 est de -75,2 kJ/mol tandis que l'enthalpie d'absorption de l'hydrure de lanthane-nickel LaNi5H2 est de -30,8 kJ/mol (les valeurs négative étant dues au référentiel du matériau qui dégage de la chaleur au cours de l'absorption). L'hydrure de magnésium dégage donc une plus grande quantité de chaleur au cours de l'absorption de l'hydrogène H2 que l'hydrure de lanthane-nickel.
Le tableau ci-dessous résume des propriétés de certains hydrures pouvant être utilisés :
Quantité AH (enthalpie Densité de Température d'hydrogène stocké standard de formation stockage de d'équilibre ( C) à 1 (%masse) kJ/mol) chaleur (kWh/kg) bar de pression LaNi51-12 1,38 30,8 0,02 25 (premier hydrure) MgH2 7,7 75 0,78 280 (deuxième hydrure) Selon un mode de réalisation, le système 1 comprend un premier échangeur thermique 41 qui permet de chauffer le deuxième hydrure métallique HM2 du deuxième dispositif de stockage 4 et, par-là, favorise la désorption de l'hydrogène H2 stocké dans le deuxième dispositif de stockage 4 quand la pile à combustible 2 fonctionne selon le deuxième mode de fonctionnement F2, et de chauffer l'eau Date Reçue/Date Received 2023-12-01
Le deuxième matériau M2 est, par exemple, choisi parmi le Magnésium ou le Sodium, ou une combinaison de ces éléments, comme par exemple le Mg, NaMg, Mg2Fe, Mg2. Le deuxième hydrure métallique HM2 peut être choisi parmi les composés de la famille du magnésium tels que MgH2, NaMgH2, Mg2Fel-16, Mg2NiH4.
L'hydrure de magnésium est particulièrement intéressant car il présente une très grande capacité d'absorption d'hydrogène H2 et qu'il génère une grande quantité de lo chaleur au cours du processus de stockage par absorption à une pression égale à la deuxième pression P1 de désorption de l'hydrogène H2 par le premier dispositif de stockage 3.
Par exemple, l'enthalpie d'absorption de l'hydrure de magnésium MgH2 est de -75,2 kJ/mol tandis que l'enthalpie d'absorption de l'hydrure de lanthane-nickel LaNi5H2 est de -30,8 kJ/mol (les valeurs négative étant dues au référentiel du matériau qui dégage de la chaleur au cours de l'absorption). L'hydrure de magnésium dégage donc une plus grande quantité de chaleur au cours de l'absorption de l'hydrogène H2 que l'hydrure de lanthane-nickel.
Le tableau ci-dessous résume des propriétés de certains hydrures pouvant être utilisés :
Quantité AH (enthalpie Densité de Température d'hydrogène stocké standard de formation stockage de d'équilibre ( C) à 1 (%masse) kJ/mol) chaleur (kWh/kg) bar de pression LaNi51-12 1,38 30,8 0,02 25 (premier hydrure) MgH2 7,7 75 0,78 280 (deuxième hydrure) Selon un mode de réalisation, le système 1 comprend un premier échangeur thermique 41 qui permet de chauffer le deuxième hydrure métallique HM2 du deuxième dispositif de stockage 4 et, par-là, favorise la désorption de l'hydrogène H2 stocké dans le deuxième dispositif de stockage 4 quand la pile à combustible 2 fonctionne selon le deuxième mode de fonctionnement F2, et de chauffer l'eau Date Reçue/Date Received 2023-12-01
13 alimentant la pile à combustible 2 lorsque la pile à combustible 2 fonctionne dans le premier mode de fonctionnement F1. Avantageusement, le premier échangeur thermique 41 est propre à provoquer une désorption de l'hydrogène H2 du deuxième dispositif de stockage 4 à une température T4 de 300 C, +/- 25%. En outre, le premier échangeur thermique 41 est propre à chauffer l'eau alimentant la pile à
combustible 2, à la température T4.
Selon un mode de réalisation, le deuxième dispositif de stockage 4 comprend une cellule 42, une canalisation interne 43 et avantageusement une vanne 44.
La canalisation interne 43 est propre à recevoir l'hydrogène H2 désorbé par le premier lo dispositif de stockage 3. La vanne 44 est adaptée pour connecter la cellule 42 à la canalisation interne 43. Optionnellement, le deuxième dispositif de stockage 4 comprend plus d'une cellule 42, et une vanne 44 par cellule 42, de manière à
pouvoir connecter indépendamment chaque cellule 42 à la canalisation interne 43.
Le système 1 comprend, en outre, un réseau de canalisations. Le réseau de canalisations comprend : une canalisation pour le transport de l'hydrogène 6a, 6b, une canalisation pour le transport de l'eau 7a, 7b, et une canalisation pour le transport de l'oxygène 9, ainsi qu'un deuxième échangeur thermique 81, une vanne de raccordement 5, un condenseur 61 et un réservoir d'eau 71.
La canalisation pour le transport de l'hydrogène 6a, 6b, transporte l'hydrogène H2 entre la pile à combustible 2 et/ou le premier dispositif de stockage 3 et/ou le deuxième dispositif de stockage 4. La canalisation pour le transport de l'hydrogène 6a, 6b communique avec la vanne pour l'admission et l'éjection de l'hydrogène 21 de la pile à combustible 2 et avec le premier et le deuxième dispositif de stockage 3, 4.
Plus précisément, la canalisation pour le transport de l'hydrogène 6a, 6b, comprend un canal de charge 6a et un canal de décharge 6b.
Le canal de charge 6a s'étend depuis la vanne pour l'admission et l'éjection de l'hydrogène 21 jusqu'à la vanne 36 du premier dispositif de stockage 3. Le canal de charge 6a passe dans le deuxième échangeur thermique 81, puis dans le condenseur 61. Le deuxième échangeur thermique 81 permet un échange de chaleur entre l'hydrogène H2 produit par la pile à combustible 2 et l'eau alimentant la pile à
combustible 2. L'échange de chaleur entre l'hydrogène H2 produit par la pile à
combustible 2 et l'eau alimentant la pile à combustible 2 permet à l'eau alimentant la pile à combustible 2 de recevoir de la chaleur et d'atteindre la température T2. Le Date Reçue/Date Received 2023-12-01
combustible 2, à la température T4.
Selon un mode de réalisation, le deuxième dispositif de stockage 4 comprend une cellule 42, une canalisation interne 43 et avantageusement une vanne 44.
La canalisation interne 43 est propre à recevoir l'hydrogène H2 désorbé par le premier lo dispositif de stockage 3. La vanne 44 est adaptée pour connecter la cellule 42 à la canalisation interne 43. Optionnellement, le deuxième dispositif de stockage 4 comprend plus d'une cellule 42, et une vanne 44 par cellule 42, de manière à
pouvoir connecter indépendamment chaque cellule 42 à la canalisation interne 43.
Le système 1 comprend, en outre, un réseau de canalisations. Le réseau de canalisations comprend : une canalisation pour le transport de l'hydrogène 6a, 6b, une canalisation pour le transport de l'eau 7a, 7b, et une canalisation pour le transport de l'oxygène 9, ainsi qu'un deuxième échangeur thermique 81, une vanne de raccordement 5, un condenseur 61 et un réservoir d'eau 71.
La canalisation pour le transport de l'hydrogène 6a, 6b, transporte l'hydrogène H2 entre la pile à combustible 2 et/ou le premier dispositif de stockage 3 et/ou le deuxième dispositif de stockage 4. La canalisation pour le transport de l'hydrogène 6a, 6b communique avec la vanne pour l'admission et l'éjection de l'hydrogène 21 de la pile à combustible 2 et avec le premier et le deuxième dispositif de stockage 3, 4.
Plus précisément, la canalisation pour le transport de l'hydrogène 6a, 6b, comprend un canal de charge 6a et un canal de décharge 6b.
Le canal de charge 6a s'étend depuis la vanne pour l'admission et l'éjection de l'hydrogène 21 jusqu'à la vanne 36 du premier dispositif de stockage 3. Le canal de charge 6a passe dans le deuxième échangeur thermique 81, puis dans le condenseur 61. Le deuxième échangeur thermique 81 permet un échange de chaleur entre l'hydrogène H2 produit par la pile à combustible 2 et l'eau alimentant la pile à
combustible 2. L'échange de chaleur entre l'hydrogène H2 produit par la pile à
combustible 2 et l'eau alimentant la pile à combustible 2 permet à l'eau alimentant la pile à combustible 2 de recevoir de la chaleur et d'atteindre la température T2. Le Date Reçue/Date Received 2023-12-01
14 condenseur 61 sépare par condensation l'eau résiduelle de l'hydrogène H2 circulant dans le canal de charge 6a. En effet, l'hydrogène généré par la pile à
combustible 2 est mélangé avec de l'eau résiduelle qui n'a pas été consommée par la pile à
combustible 2 lorsque la pile à combustible 2 fonctionne dans le premier mode de fonctionnement F1. Le canal de charge 6a, est connecté au premier dispositif de stockage 3 et plus précisément à la vanne 36 du premier dispositif de stockage 3 afin d'alimenter le premier dispositif de stockage 3 avec l'hydrogène H2 produit pas la pile à combustible 2. Enfin, le canal de charge 6a connecte la vanne 36 du premier dispositif de stockage 3 à la vanne de raccordement 5 du deuxième dispositif de stockage 4.
Le canal de décharge 6b s'étend depuis la vanne de raccordement 5 jusqu'à
la vanne pour l'admission et l'éjection de l'hydrogène 21. Le canal de décharge 6b passe par le deuxième échangeur thermique 81. Optionnellement, le canal de décharge 6b connecte aussi la canalisation d'entrée/sortie 32 du premier dispositif de stockage 3 à la vanne pour l'admission et l'éjection de l'hydrogène 21.
La canalisation pour le transport de l'eau 7a, 7b, communique avec la vanne pour l'admission et l'éjection de l'eau 24 de la pile à combustible 2 et le premier et le deuxième dispositif de stockage 3, 4. Plus précisément, la canalisation pour le transport de l'eau 7a, 7b, comprend un canal d'eau de charge 7a et un canal d'eau de décharge 7b.
Le canal d'eau de charge 7a s'étend depuis le condenseur 61 jusqu'au réservoir d'eau 71 d'une part et jusqu'au dispositif de chauffage 31 du premier dispositif de stockage 3 d'autre part. Ensuite, le canal d'eau de charge 7a connecte le réservoir d'eau 71 à la vanne pour l'admission et l'éjection de l'eau 24 en passant par le premier échangeur thermique 41 puis par le deuxième échangeur 81.
Le canal d'eau de décharge 7b s'étend depuis la vanne pour l'admission et l'éjection de l'eau 24 jusqu'au premier échangeur thermique 41. Le canal d'eau de décharge 7b passe à travers le deuxième échangeur thermique 81. Ensuite, le canal d'eau de décharge 7b communique avec le réservoir d'eau 71 en passant optionnellement dans un échangeur thermique additionnel 83 afin d'alimenter un réseau d'eau chaude externe. De plus, le réseau d'eau de décharge 7b connecte le réservoir d'eau 71 au dispositif de chauffage 31 du premier dispositif de stockage 3.
La canalisation pour le transport de l'oxygène 9 communique avec la vanne pour l'éjection de l'oxygène 22, la vanne pour l'admission de l'oxygène 23, et une Date Reçue/Date Received 2023-12-01
combustible 2 est mélangé avec de l'eau résiduelle qui n'a pas été consommée par la pile à
combustible 2 lorsque la pile à combustible 2 fonctionne dans le premier mode de fonctionnement F1. Le canal de charge 6a, est connecté au premier dispositif de stockage 3 et plus précisément à la vanne 36 du premier dispositif de stockage 3 afin d'alimenter le premier dispositif de stockage 3 avec l'hydrogène H2 produit pas la pile à combustible 2. Enfin, le canal de charge 6a connecte la vanne 36 du premier dispositif de stockage 3 à la vanne de raccordement 5 du deuxième dispositif de stockage 4.
Le canal de décharge 6b s'étend depuis la vanne de raccordement 5 jusqu'à
la vanne pour l'admission et l'éjection de l'hydrogène 21. Le canal de décharge 6b passe par le deuxième échangeur thermique 81. Optionnellement, le canal de décharge 6b connecte aussi la canalisation d'entrée/sortie 32 du premier dispositif de stockage 3 à la vanne pour l'admission et l'éjection de l'hydrogène 21.
La canalisation pour le transport de l'eau 7a, 7b, communique avec la vanne pour l'admission et l'éjection de l'eau 24 de la pile à combustible 2 et le premier et le deuxième dispositif de stockage 3, 4. Plus précisément, la canalisation pour le transport de l'eau 7a, 7b, comprend un canal d'eau de charge 7a et un canal d'eau de décharge 7b.
Le canal d'eau de charge 7a s'étend depuis le condenseur 61 jusqu'au réservoir d'eau 71 d'une part et jusqu'au dispositif de chauffage 31 du premier dispositif de stockage 3 d'autre part. Ensuite, le canal d'eau de charge 7a connecte le réservoir d'eau 71 à la vanne pour l'admission et l'éjection de l'eau 24 en passant par le premier échangeur thermique 41 puis par le deuxième échangeur 81.
Le canal d'eau de décharge 7b s'étend depuis la vanne pour l'admission et l'éjection de l'eau 24 jusqu'au premier échangeur thermique 41. Le canal d'eau de décharge 7b passe à travers le deuxième échangeur thermique 81. Ensuite, le canal d'eau de décharge 7b communique avec le réservoir d'eau 71 en passant optionnellement dans un échangeur thermique additionnel 83 afin d'alimenter un réseau d'eau chaude externe. De plus, le réseau d'eau de décharge 7b connecte le réservoir d'eau 71 au dispositif de chauffage 31 du premier dispositif de stockage 3.
La canalisation pour le transport de l'oxygène 9 communique avec la vanne pour l'éjection de l'oxygène 22, la vanne pour l'admission de l'oxygène 23, et une Date Reçue/Date Received 2023-12-01
15 source externe d'oxygène (non représentée). La source externe d'oxygène peut être l'air ambiant. En effet, la source externe peut fournir au système 1 de l'oxygène pur ou de l'air comprenant de l'oxygène mais dont seulement l'oxygène participe à
la deuxième réaction R2. Plus précisément, la canalisation pour le transport de l'oxygène 9 s'étend depuis la source externe d'oxygène et jusqu'à la vanne pour l'admission de l'oxygène 23 en traversant un échangeur thermique air/air 82.
Puis la canalisation pour le transport de l'oxygène 9 connecte la vanne pour l'éjection de ou l'oxygène 22 avec l'atmosphère en traversant l'échangeur thermique air/air 82.
Selon un mode réalisation, le système 1 comprend un régulateur 200 propre à commander :
- le deuxième dispositif de chauffage 20 pour maintenir la pile à
combustible 2 à la température de fonctionnement nominal Ti de la pile à combustible 2, - le premier dispositif de chauffage 31, pour chauffer le premier dispositif de stockage 3 de manière faire passer la pression de l'hydrogène H2 de la première pression PO à la deuxième pression P1 et/ou à provoquer la désorption de l'hydrogène H2 par le premier dispositif de stockage 3, - le premier échangeur 41, de sorte à alternativement chauffer le deuxième hydrure métallique HM2 du deuxième dispositif de stockage 4 et, par-là, à
provoquer la désorption de l'hydrogène H2 stocké dans le deuxième dispositif de stockage 4, quand la pile à combustible 2 fonctionne selon le deuxième mode de fonctionnement F2, ou à chauffer l'eau alimentant la pile à combustible 2 lorsque la pile à
combustible 2 fonctionne dans le premier mode de fonctionnement F1, - chaque vanne 36 de cellule 35 pour la connexion de la canalisation d'entrée/sortie 32 au canal de charge 6a ou au canal de décharge 6b, - chaque vanne 44 de cellule 42 pour la connexion à la canalisation interne 43, et - la vanne de raccordement 5 pour connecter la canalisation interne 43 du deuxième dispositif de stockage 4 au canal de charge 6a ou au canal de charge.
Mode de fonctionnement de charge La figure 2 représente schématiquement la configuration dans laquelle se trouve le système 1 lorsque la pile à combustible 2 fonctionne selon le premier mode de fonctionnement F1. Et la figure 4A illustre les étapes principales de la mise en Date Reçue/Date Received 2023-12-01
la deuxième réaction R2. Plus précisément, la canalisation pour le transport de l'oxygène 9 s'étend depuis la source externe d'oxygène et jusqu'à la vanne pour l'admission de l'oxygène 23 en traversant un échangeur thermique air/air 82.
Puis la canalisation pour le transport de l'oxygène 9 connecte la vanne pour l'éjection de ou l'oxygène 22 avec l'atmosphère en traversant l'échangeur thermique air/air 82.
Selon un mode réalisation, le système 1 comprend un régulateur 200 propre à commander :
- le deuxième dispositif de chauffage 20 pour maintenir la pile à
combustible 2 à la température de fonctionnement nominal Ti de la pile à combustible 2, - le premier dispositif de chauffage 31, pour chauffer le premier dispositif de stockage 3 de manière faire passer la pression de l'hydrogène H2 de la première pression PO à la deuxième pression P1 et/ou à provoquer la désorption de l'hydrogène H2 par le premier dispositif de stockage 3, - le premier échangeur 41, de sorte à alternativement chauffer le deuxième hydrure métallique HM2 du deuxième dispositif de stockage 4 et, par-là, à
provoquer la désorption de l'hydrogène H2 stocké dans le deuxième dispositif de stockage 4, quand la pile à combustible 2 fonctionne selon le deuxième mode de fonctionnement F2, ou à chauffer l'eau alimentant la pile à combustible 2 lorsque la pile à
combustible 2 fonctionne dans le premier mode de fonctionnement F1, - chaque vanne 36 de cellule 35 pour la connexion de la canalisation d'entrée/sortie 32 au canal de charge 6a ou au canal de décharge 6b, - chaque vanne 44 de cellule 42 pour la connexion à la canalisation interne 43, et - la vanne de raccordement 5 pour connecter la canalisation interne 43 du deuxième dispositif de stockage 4 au canal de charge 6a ou au canal de charge.
Mode de fonctionnement de charge La figure 2 représente schématiquement la configuration dans laquelle se trouve le système 1 lorsque la pile à combustible 2 fonctionne selon le premier mode de fonctionnement F1. Et la figure 4A illustre les étapes principales de la mise en Date Reçue/Date Received 2023-12-01
16 oeuvre du procédé utilisant ce système 1, dans le premier mode de fonctionnement Fi.
Comme présenté précédemment, le premier mode de fonctionnement Fi est le mode de fonctionnement dit de charge , mettant en oeuvre la première réaction Ri. La première réaction R1 est une réaction d'électrolyse qui produit de l'hydrogène H2 et de l'oxygène 02, moyennant un apport en eau, et en énergie, sous forme d'énergie électrique et de chaleur. Afin de mettre en oeuvre la première réaction R1 il est donc nécessaire d'alimenter la pile à combustible 2 en énergie électrique depuis une source d'énergie.
La pile à combustible 2 produit au cours d'une étape d'électrolyse (étape EO) un mélange comprenant de l'hydrogène H2 gazeux et de la vapeur d'eau. La vapeur d'eau est constituée d'eau résiduelle qui n'a pas été consommée par la première réaction Ri. Le mélange hydrogène/eau produit par la pile à combustible 2 est à la première pression PO de 1 bar et à la température fonctionnement nominal Ti lorsque le mélange hydrogène/eau passe par la vanne pour l'admission et l'éjection de l'hydrogène 21 de la pile à combustible 2.
Une partie de la chaleur du mélange hydrogène/eau est transmise grâce au deuxième échangeur thermique 81, à l'eau circulant dans le canal d'eau de charge 7a de la pile à combustible 2, qui alimente en eau la pile à combustible 2, de manière à faire passer l'eau de la température T4 à une température T2, supérieure à
la température T4. En effet, la pile à combustible 2 est avantageusement alimentée en eau à la température T2. La température T2 est préférentiellement de 800 C +/-15%.
L'autre partie de la chaleur du mélange hydrogène/eau circulant dans le canal de charge 6a peut, par la suite, être transmise au premier dispositif de stockage 3.
Le mélange comprenant l'hydrogène H2 et la vapeur d'eau est envoyé dans un condenseur 61 afin de séparer l'hydrogène H2 de la vapeur d'eau. C'est donc de l'hydrogène H2 gazeux à la première pression PO et la température TO, en provenance du condenseur 61 qui est transmis au premier dispositif de stockage 3.
Le premier dispositif de stockage 3 stocke l'hydrogène H2 à la première pression PO, au cours d'une étape d'absorption (étape El 1) par le premier matériau du premier dispositif de stockage 3, en formant l'hydrure métallique HM1. La vanne 36 connecte alors le canal de charge 6a à la canalisation d'entrée 32 du premier dispositif de stockage 3 afin de remplir le dispositif de stockage 3 d'hydrogène H2 en provenance de la pile à combustible 2. Une fois que l'absorption (étape Ell) est Date Reçue/Date Received 2023-12-01
Comme présenté précédemment, le premier mode de fonctionnement Fi est le mode de fonctionnement dit de charge , mettant en oeuvre la première réaction Ri. La première réaction R1 est une réaction d'électrolyse qui produit de l'hydrogène H2 et de l'oxygène 02, moyennant un apport en eau, et en énergie, sous forme d'énergie électrique et de chaleur. Afin de mettre en oeuvre la première réaction R1 il est donc nécessaire d'alimenter la pile à combustible 2 en énergie électrique depuis une source d'énergie.
La pile à combustible 2 produit au cours d'une étape d'électrolyse (étape EO) un mélange comprenant de l'hydrogène H2 gazeux et de la vapeur d'eau. La vapeur d'eau est constituée d'eau résiduelle qui n'a pas été consommée par la première réaction Ri. Le mélange hydrogène/eau produit par la pile à combustible 2 est à la première pression PO de 1 bar et à la température fonctionnement nominal Ti lorsque le mélange hydrogène/eau passe par la vanne pour l'admission et l'éjection de l'hydrogène 21 de la pile à combustible 2.
Une partie de la chaleur du mélange hydrogène/eau est transmise grâce au deuxième échangeur thermique 81, à l'eau circulant dans le canal d'eau de charge 7a de la pile à combustible 2, qui alimente en eau la pile à combustible 2, de manière à faire passer l'eau de la température T4 à une température T2, supérieure à
la température T4. En effet, la pile à combustible 2 est avantageusement alimentée en eau à la température T2. La température T2 est préférentiellement de 800 C +/-15%.
L'autre partie de la chaleur du mélange hydrogène/eau circulant dans le canal de charge 6a peut, par la suite, être transmise au premier dispositif de stockage 3.
Le mélange comprenant l'hydrogène H2 et la vapeur d'eau est envoyé dans un condenseur 61 afin de séparer l'hydrogène H2 de la vapeur d'eau. C'est donc de l'hydrogène H2 gazeux à la première pression PO et la température TO, en provenance du condenseur 61 qui est transmis au premier dispositif de stockage 3.
Le premier dispositif de stockage 3 stocke l'hydrogène H2 à la première pression PO, au cours d'une étape d'absorption (étape El 1) par le premier matériau du premier dispositif de stockage 3, en formant l'hydrure métallique HM1. La vanne 36 connecte alors le canal de charge 6a à la canalisation d'entrée 32 du premier dispositif de stockage 3 afin de remplir le dispositif de stockage 3 d'hydrogène H2 en provenance de la pile à combustible 2. Une fois que l'absorption (étape Ell) est Date Reçue/Date Received 2023-12-01
17 réalisée, la vanne 36 est fermée, c'est-à-dire qu'elle ne connecte plus la canalisation d'entrée/sortie 32 aux canaux de charge 6a.
Puis, l'hydrure métallique HM1 est chauffé (étape E12) au moyen du dispositif de chauffage 31 jusqu'à la température T3. Le chauffage de l'hydrure métallique HM1 du premier dispositif de stockage 3 induit une augmentation de la pression de l'hydrogène H2 à l'intérieur de l'hydrure métallique HM1 du premier dispositif de stockage 3. De manière avantageuse, à la température T3, l'hydrure métallique est à la pression Pl.
Une fois que l'hydrogène stocké sous forme d'hydrure métallique HM1 a atteint la pression Pi, la vanne 36 est commandée pour connecter la canalisation d'entrée/sortie 32 du dispositif de stockage 3 au canal de charge 6a en aval du premier dispositif de stockage 3 pour libérer l'hydrogène H2.
Alors, le premier dispositif de stockage 3 libère (étape E13) l'hydrogène H2 stocké dans l'hydrure métallique HM1 par désorption. L'hydrogène H2 est libéré
à la température T3 et à la pression Pl.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de chauffage 31 du premier dispositif de stockage 3 chauffe (étape E12) l'hydrure métallique HM1 au moyen de la chaleur en provenance de la vapeur d'eau constituée d'eau résiduelle qui n'a pas été consommée par la première réaction R1.
Selon un mode de réalisation, le premier dispositif de stockage 3 comprend au moins trois cellules 35, et par exemple quatre cellules 35. Chaque cellule 35 est raccordée à une canalisation d'entrée/sortie respective 32. En outre, le premier dispositif de stockage 3 comprend un module de commande (non représenté) propre à commander de manière individuelle pour chaque cellule 35:
- la connexion de la canalisation d'entrée/sortie 32 au canal de charge 6a en amont et ainsi l'absorption de l'hydrogène H2 (étape El 1) ;
- la fermeture individuelle de la vanne 36 au cours du chauffage de l'hydrure métallique HM1 par le dispositif de chauffage 31 (étape E12), et - la connexion de son canal d'entrée/sortie 32 au canal de charge 6a en aval et ainsi la désorption de l'hydrogène H2 (étape El 3).
Ainsi, chaque cellule 35 du premier dispositif de stockage 3 est propre à
sélectivement absorber (étape El 1) et libérer (étape El 3) de l'hydrogène H2 indépendamment des autres cellules 35 du premier dispositif de stockage 3. De cette manière, le premier dispositif de stockage 3 peut libérer (étape El 3) de l'hydrogène H2 à la deuxième Date Reçue/Date Received 2023-12-01
Puis, l'hydrure métallique HM1 est chauffé (étape E12) au moyen du dispositif de chauffage 31 jusqu'à la température T3. Le chauffage de l'hydrure métallique HM1 du premier dispositif de stockage 3 induit une augmentation de la pression de l'hydrogène H2 à l'intérieur de l'hydrure métallique HM1 du premier dispositif de stockage 3. De manière avantageuse, à la température T3, l'hydrure métallique est à la pression Pl.
Une fois que l'hydrogène stocké sous forme d'hydrure métallique HM1 a atteint la pression Pi, la vanne 36 est commandée pour connecter la canalisation d'entrée/sortie 32 du dispositif de stockage 3 au canal de charge 6a en aval du premier dispositif de stockage 3 pour libérer l'hydrogène H2.
Alors, le premier dispositif de stockage 3 libère (étape E13) l'hydrogène H2 stocké dans l'hydrure métallique HM1 par désorption. L'hydrogène H2 est libéré
à la température T3 et à la pression Pl.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de chauffage 31 du premier dispositif de stockage 3 chauffe (étape E12) l'hydrure métallique HM1 au moyen de la chaleur en provenance de la vapeur d'eau constituée d'eau résiduelle qui n'a pas été consommée par la première réaction R1.
Selon un mode de réalisation, le premier dispositif de stockage 3 comprend au moins trois cellules 35, et par exemple quatre cellules 35. Chaque cellule 35 est raccordée à une canalisation d'entrée/sortie respective 32. En outre, le premier dispositif de stockage 3 comprend un module de commande (non représenté) propre à commander de manière individuelle pour chaque cellule 35:
- la connexion de la canalisation d'entrée/sortie 32 au canal de charge 6a en amont et ainsi l'absorption de l'hydrogène H2 (étape El 1) ;
- la fermeture individuelle de la vanne 36 au cours du chauffage de l'hydrure métallique HM1 par le dispositif de chauffage 31 (étape E12), et - la connexion de son canal d'entrée/sortie 32 au canal de charge 6a en aval et ainsi la désorption de l'hydrogène H2 (étape El 3).
Ainsi, chaque cellule 35 du premier dispositif de stockage 3 est propre à
sélectivement absorber (étape El 1) et libérer (étape El 3) de l'hydrogène H2 indépendamment des autres cellules 35 du premier dispositif de stockage 3. De cette manière, le premier dispositif de stockage 3 peut libérer (étape El 3) de l'hydrogène H2 à la deuxième Date Reçue/Date Received 2023-12-01
18 pression P1 et à la température T3 afin d'alimenter d'un flux continu en hydrogène H2 le deuxième dispositif de stockage 4 au cours du fonctionnement de la pile à
combustible 3, selon le premier mode de fonctionnement F1. En effet, une pluralité
de cellule 35 fonctionnant de manière indépendante les unes des autres permet de commander l'absorption d'une cellule 35 après l'autre jusqu'au remplissage du premier dispositif de stockage 3 et la désorption d'une cellule 35 après l'autre pour permettre remplissage du deuxième dispositif de stockage 4.
L'hydrogène H2 désorbé (étape E13) par le premier dispositif de stockage 3 à
la pression P1 et à la température T3 est transmis, par l'intermédiaire du canal de lo charge 6a (aval) au deuxième dispositif de stockage 4 afin d'être stocké
par celui-ci.
La vanne de raccordement 5 connecte le deuxième dispositif de stockage 4 au canal de charge 6a. Le deuxième dispositif de stockage 4 stocke (étape E2) par absorption l'hydrogène H2 en provenance du premier dispositif de stockage 3 à la pression P1.
Le deuxième dispositif de stockage 4 stocke l'hydrogène H2 libéré par le premier dispositif de stockage 3 à la même vitesse que le premier dispositif de stockage 3 libère (étape E13) l'hydrogène H2 qu'il a précédemment stocké.
L'absorption de l'hydrogène H2 à la pression P1 par le deuxième dispositif de stockage 4 génère de la chaleur. Au moins une partie de la chaleur produite par cette absorption (étape E2) est transmise (étape E3) à la pile à combustible 2. A
cet effet, le premier échangeur thermique 41 du deuxième dispositif de stockage 4 transmet la chaleur, produite par l'absorption de l'hydrogène H2 par le deuxième dispositif de stockage 4, à la pile à combustible 2 par l'intermédiaire de l'eau présente dans le canal d'eau de charge 7a. L'eau chauffée circulant dans le canal d'eau de charge 7a en aval du deuxième dispositif de stockage 4 est à la température T4. Le canal d'eau de charge 7a traverse ensuite le deuxième échangeur thermique 81 pour recevoir de la chaleur de l'hydrogène et ainsi atteindre la température T2. Le canal d'eau de charge 7a alimente enfin la pile à combustible 2 en eau à la température d'alimentation T2, +1- 20%. Une telle température permet d'atteindre un optimum de rendement énergétique global dans la pile à combustible 2. La quantité
d'énergie électrique requise par la première réaction R1 est alors plus faible et une partie au moins de la chaleur nécessaire à la première réaction R1 peut efficacement être apportée par l'eau circulant dans le canal d'eau de charge 7a.
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
combustible 3, selon le premier mode de fonctionnement F1. En effet, une pluralité
de cellule 35 fonctionnant de manière indépendante les unes des autres permet de commander l'absorption d'une cellule 35 après l'autre jusqu'au remplissage du premier dispositif de stockage 3 et la désorption d'une cellule 35 après l'autre pour permettre remplissage du deuxième dispositif de stockage 4.
L'hydrogène H2 désorbé (étape E13) par le premier dispositif de stockage 3 à
la pression P1 et à la température T3 est transmis, par l'intermédiaire du canal de lo charge 6a (aval) au deuxième dispositif de stockage 4 afin d'être stocké
par celui-ci.
La vanne de raccordement 5 connecte le deuxième dispositif de stockage 4 au canal de charge 6a. Le deuxième dispositif de stockage 4 stocke (étape E2) par absorption l'hydrogène H2 en provenance du premier dispositif de stockage 3 à la pression P1.
Le deuxième dispositif de stockage 4 stocke l'hydrogène H2 libéré par le premier dispositif de stockage 3 à la même vitesse que le premier dispositif de stockage 3 libère (étape E13) l'hydrogène H2 qu'il a précédemment stocké.
L'absorption de l'hydrogène H2 à la pression P1 par le deuxième dispositif de stockage 4 génère de la chaleur. Au moins une partie de la chaleur produite par cette absorption (étape E2) est transmise (étape E3) à la pile à combustible 2. A
cet effet, le premier échangeur thermique 41 du deuxième dispositif de stockage 4 transmet la chaleur, produite par l'absorption de l'hydrogène H2 par le deuxième dispositif de stockage 4, à la pile à combustible 2 par l'intermédiaire de l'eau présente dans le canal d'eau de charge 7a. L'eau chauffée circulant dans le canal d'eau de charge 7a en aval du deuxième dispositif de stockage 4 est à la température T4. Le canal d'eau de charge 7a traverse ensuite le deuxième échangeur thermique 81 pour recevoir de la chaleur de l'hydrogène et ainsi atteindre la température T2. Le canal d'eau de charge 7a alimente enfin la pile à combustible 2 en eau à la température d'alimentation T2, +1- 20%. Une telle température permet d'atteindre un optimum de rendement énergétique global dans la pile à combustible 2. La quantité
d'énergie électrique requise par la première réaction R1 est alors plus faible et une partie au moins de la chaleur nécessaire à la première réaction R1 peut efficacement être apportée par l'eau circulant dans le canal d'eau de charge 7a.
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
19 Ainsi, la chaleur générée par l'absorption de l'hydrogène H2 à la pression P1 par le deuxième dispositif de stockage 4 est suffisamment importante pour chauffer l'eau circulant dans le canal d'eau de charge 7a de telle sorte que la température de l'eau circulant dans le canal d'eau de charge 7a soit, en aval du deuxième dispositif de stockage 4, à la température de deuxième dispositif T4 et alimente la pile à
combustible 2 à la température d'alimentation T2, +/- 20%. En d'autres termes, l'absorption de l'hydrogène H2 à la pression P1 par le deuxième dispositif de stockage 4 génère la quantité de chaleur nécessaire pour vaporiser l'eau alimentant la pile à
combustible 2 lorsque la pile à combustible 2 fonctionne dans le premier mode de fonctionnement Fi.
Selon un mode de réalisation, l'eau résiduelle issue de la séparation de l'hydrogène H2 et de la vapeur d'eau par le condenseur 61 est stockée dans un réservoir 71 et alimente ensuite le canal d'eau de charge7a.
Selon un mode de réalisation, l'oxygène 02 produit par la première réaction R1 est à la température fonctionnement nominal Ti. Une partie de la chaleur de cet oxygène 02 est transmise grâce à l'échangeur thermique air/air 82, à l'oxygène alimentant la pile à combustible 2, circulant dans le circuit d'alimentation en oxygène en amont de la pile à combustible 2. De cette manière, l'oxygène 02 qui alimente la pile à combustible 2 est à la température T2, +/-20% à la vanne pour l'éjection de l'oxygène 22 de la pile à combustible 2.
Mode de fonctionnement de décharge La figure 3 représente schématiquement la configuration dans laquelle se trouve le système 1 décrit précédemment lorsque la pile à combustible 2 fonctionne selon un deuxième mode de fonctionnement F2. Et la figure 4B illustre les étapes principales de la mise en oeuvre du procédé utilisant ce système 1 dans le deuxième mode de fonctionnement F2.
Comme présenté précédemment, le deuxième mode de fonctionnement F2 est le mode de fonctionnement dit de décharge. En fonctionnement de décharge, la pile à combustible 2 met en oeuvre la deuxième réaction R2. La deuxième réaction R2 est un mode pile à combustible 2 qui produit de l'électricité et avantageusement de la chaleur en consommant de l'hydrogène H2 et de l'oxygène.
La deuxième réaction R2 étant une réaction exothermique, elle produit de la chaleur et de l'eau qui transporte cette chaleur. L'eau produite par la deuxième Date Reçue/Date Received 2023-12-01
combustible 2 à la température d'alimentation T2, +/- 20%. En d'autres termes, l'absorption de l'hydrogène H2 à la pression P1 par le deuxième dispositif de stockage 4 génère la quantité de chaleur nécessaire pour vaporiser l'eau alimentant la pile à
combustible 2 lorsque la pile à combustible 2 fonctionne dans le premier mode de fonctionnement Fi.
Selon un mode de réalisation, l'eau résiduelle issue de la séparation de l'hydrogène H2 et de la vapeur d'eau par le condenseur 61 est stockée dans un réservoir 71 et alimente ensuite le canal d'eau de charge7a.
Selon un mode de réalisation, l'oxygène 02 produit par la première réaction R1 est à la température fonctionnement nominal Ti. Une partie de la chaleur de cet oxygène 02 est transmise grâce à l'échangeur thermique air/air 82, à l'oxygène alimentant la pile à combustible 2, circulant dans le circuit d'alimentation en oxygène en amont de la pile à combustible 2. De cette manière, l'oxygène 02 qui alimente la pile à combustible 2 est à la température T2, +/-20% à la vanne pour l'éjection de l'oxygène 22 de la pile à combustible 2.
Mode de fonctionnement de décharge La figure 3 représente schématiquement la configuration dans laquelle se trouve le système 1 décrit précédemment lorsque la pile à combustible 2 fonctionne selon un deuxième mode de fonctionnement F2. Et la figure 4B illustre les étapes principales de la mise en oeuvre du procédé utilisant ce système 1 dans le deuxième mode de fonctionnement F2.
Comme présenté précédemment, le deuxième mode de fonctionnement F2 est le mode de fonctionnement dit de décharge. En fonctionnement de décharge, la pile à combustible 2 met en oeuvre la deuxième réaction R2. La deuxième réaction R2 est un mode pile à combustible 2 qui produit de l'électricité et avantageusement de la chaleur en consommant de l'hydrogène H2 et de l'oxygène.
La deuxième réaction R2 étant une réaction exothermique, elle produit de la chaleur et de l'eau qui transporte cette chaleur. L'eau produite par la deuxième Date Reçue/Date Received 2023-12-01
20 réaction R2 est à la vanne pour l'admission et l'éjection de l'eau 24 de la pile à
combustible 2 à la température fonctionnement nominal Ti. L'eau transite dans le canal d'eau de décharge 7b et alimente (étape E4) en chaleur le premier échangeur thermique 41 du deuxième dispositif de stockage 4.
De plus, l'eau du canal d'eau de décharge 7b transmet de la chaleur à
l'hydrogène H2 du canal de décharge 6b qui alimente la pile à combustible 2 grâce au deuxième échangeur thermique 81, de manière à ce que l'hydrogène H2 soit à la température T2, +/-20% à la vanne pour l'admission et l'éjection de l'hydrogène 21 de la pile à combustible 2.
Selon un mode de réalisation, l'eau qui transite dans le canal d'eau de décharge 7b alimente (étape E5) également le dispositif de chauffage 31 du premier dispositif de stockage 3. Avantageusement, le canal d'eau de décharge 7b alimente le premier échangeur thermique 41 puis le dispositif de chauffage 31. Le premier échangeur thermique 41 et le dispositif de chauffage 31 chauffent respectivement les premier et deuxième hydrures métalliques HM2 et HM1, respectivement à la température T4 et la température T3 ce qui permet de libérer par désorption (étape E6) l'hydrogène H2 stocké dans chacun du deuxième dispositif de stockage 4 et du premier dispositif de stockage 3. L'hydrogène H2 est préférentiellement désorbé de chacun du premier dispositif de stockage 3 et du deuxième dispositif de stockage 4 à
la première pression PO. L'utilisation d'une partie de la chaleur produite par la deuxième réaction R2, transportée par l'eau produite par la pile à combustible 2, pour libérer par désorption (étape E6) l'hydrogène H2 stocké dans le deuxième dispositif de stockage 4 et le premier dispositif de stockage 3 concourt à améliorer le rendement énergétique global du système 1 jusqu'à atteindre une valeur de l'ordre de 50%.
L'hydrogène H2 désorbé du deuxième dispositif de stockage 4, et optionnellement du premier, dispositif de stockage 3, alimente (étape E7) la pile à
combustible 2 grâce au canal de décharge 6b. L'hydrogène H2 à la vanne pour l'admission et l'éjection de l'hydrogène 21 de la pile à combustible 2 est à
la température T2, +/-20%, et à la première pression PO.
Selon un mode de réalisation, l'eau transportant la chaleur produite par la deuxième réaction R2 dans le canal d'eau de décharge 7b alimente une installation externe (non représentée), par exemple de chauffage domestique, au moyen d'un échangeur thermique additionnel 83.
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
combustible 2 à la température fonctionnement nominal Ti. L'eau transite dans le canal d'eau de décharge 7b et alimente (étape E4) en chaleur le premier échangeur thermique 41 du deuxième dispositif de stockage 4.
De plus, l'eau du canal d'eau de décharge 7b transmet de la chaleur à
l'hydrogène H2 du canal de décharge 6b qui alimente la pile à combustible 2 grâce au deuxième échangeur thermique 81, de manière à ce que l'hydrogène H2 soit à la température T2, +/-20% à la vanne pour l'admission et l'éjection de l'hydrogène 21 de la pile à combustible 2.
Selon un mode de réalisation, l'eau qui transite dans le canal d'eau de décharge 7b alimente (étape E5) également le dispositif de chauffage 31 du premier dispositif de stockage 3. Avantageusement, le canal d'eau de décharge 7b alimente le premier échangeur thermique 41 puis le dispositif de chauffage 31. Le premier échangeur thermique 41 et le dispositif de chauffage 31 chauffent respectivement les premier et deuxième hydrures métalliques HM2 et HM1, respectivement à la température T4 et la température T3 ce qui permet de libérer par désorption (étape E6) l'hydrogène H2 stocké dans chacun du deuxième dispositif de stockage 4 et du premier dispositif de stockage 3. L'hydrogène H2 est préférentiellement désorbé de chacun du premier dispositif de stockage 3 et du deuxième dispositif de stockage 4 à
la première pression PO. L'utilisation d'une partie de la chaleur produite par la deuxième réaction R2, transportée par l'eau produite par la pile à combustible 2, pour libérer par désorption (étape E6) l'hydrogène H2 stocké dans le deuxième dispositif de stockage 4 et le premier dispositif de stockage 3 concourt à améliorer le rendement énergétique global du système 1 jusqu'à atteindre une valeur de l'ordre de 50%.
L'hydrogène H2 désorbé du deuxième dispositif de stockage 4, et optionnellement du premier, dispositif de stockage 3, alimente (étape E7) la pile à
combustible 2 grâce au canal de décharge 6b. L'hydrogène H2 à la vanne pour l'admission et l'éjection de l'hydrogène 21 de la pile à combustible 2 est à
la température T2, +/-20%, et à la première pression PO.
Selon un mode de réalisation, l'eau transportant la chaleur produite par la deuxième réaction R2 dans le canal d'eau de décharge 7b alimente une installation externe (non représentée), par exemple de chauffage domestique, au moyen d'un échangeur thermique additionnel 83.
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
21 Selon un mode de réalisation, l'eau du canal d'eau de décharge 7b est stockée dans un réservoir 71 après avoir alimenté (étape E4) le premier échangeur thermique 41 en chaleur. Optionnellement, le réservoir 71 stocke l'eau du canal d'eau de décharge 7b après que l'eau a transité par le deuxième dispositif de stockage 4 et par l'installation externe, puis alimente (étape E5) le dispositif de chauffage 31. De cette manière la chaleur transportée par l'eau du canal d'eau de décharge 7b est préférentiellement transmise au deuxième dispositif de stockage 4 et à
l'installation externe. En effet le premier dispositif de stockage 3 nécessite seulement d'être chauffé à une température T3, inférieure à la température T4 pour libérer (étape E6) l'hydrogène I-12.
Selon un mode de réalisation, et de la même manière que dans le premier mode de fonctionnement F1, une portion d'oxygène 02 a été consommée par le deuxième réaction R2 mais l'oxygène 02 qui n'a pas été consommé par la deuxième réaction R2 est à la température de fonctionnement nominal Ti à la vanne pour l'éjection de l'oxygène 22.Une partie de la chaleur de l'oxygène 02 qui n'a pas été
consommé est transmise grâce à l'échangeur thermique air/air 82b, à la canalisation pour le transport de l'oxygène 9 (non visible sur la figure 3) transportant l'oxygène vers la pile à combustible 2. De cette manière, l'oxygène 02 qui alimente la pile à
combustible 2 est à la température T2, +/-20% à la vanne pour l'admission de l'oxygène 23 de la pile à combustible 2.
Les valeurs de température et de pression ne sont pas limitatives, elles sont un exemple de valeurs et d'autres valeurs peuvent être utilisées.
L'invention combine avantageusement la technologie des piles à combustible et des hydrures métallique.
Le système 1 fonctionne de façon réversible en fonction des besoins, par exemple du réseau de distribution électrique.
L'utilisation du premier dispositif de stockage 3 permet la compression de l'hydrogène produit par la pile à combustible 2 en utilisant la chaleur de la réaction endothermique (première réaction R1) et ainsi l'absorption de l'hydrogène par le deuxième dispositif de stockage 4. Le premier dispositif de stockage 3 est dit dispositif de stockage basse température car la température de stockage TO du premier dispositif de stockage 3 est inférieure à la température T3 qui est la température de stockage du deuxième dispositif de stockage 4.
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
l'installation externe. En effet le premier dispositif de stockage 3 nécessite seulement d'être chauffé à une température T3, inférieure à la température T4 pour libérer (étape E6) l'hydrogène I-12.
Selon un mode de réalisation, et de la même manière que dans le premier mode de fonctionnement F1, une portion d'oxygène 02 a été consommée par le deuxième réaction R2 mais l'oxygène 02 qui n'a pas été consommé par la deuxième réaction R2 est à la température de fonctionnement nominal Ti à la vanne pour l'éjection de l'oxygène 22.Une partie de la chaleur de l'oxygène 02 qui n'a pas été
consommé est transmise grâce à l'échangeur thermique air/air 82b, à la canalisation pour le transport de l'oxygène 9 (non visible sur la figure 3) transportant l'oxygène vers la pile à combustible 2. De cette manière, l'oxygène 02 qui alimente la pile à
combustible 2 est à la température T2, +/-20% à la vanne pour l'admission de l'oxygène 23 de la pile à combustible 2.
Les valeurs de température et de pression ne sont pas limitatives, elles sont un exemple de valeurs et d'autres valeurs peuvent être utilisées.
L'invention combine avantageusement la technologie des piles à combustible et des hydrures métallique.
Le système 1 fonctionne de façon réversible en fonction des besoins, par exemple du réseau de distribution électrique.
L'utilisation du premier dispositif de stockage 3 permet la compression de l'hydrogène produit par la pile à combustible 2 en utilisant la chaleur de la réaction endothermique (première réaction R1) et ainsi l'absorption de l'hydrogène par le deuxième dispositif de stockage 4. Le premier dispositif de stockage 3 est dit dispositif de stockage basse température car la température de stockage TO du premier dispositif de stockage 3 est inférieure à la température T3 qui est la température de stockage du deuxième dispositif de stockage 4.
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
22 Et l'utilisation d'un dispositif de stockage basse température 3 pour résoudre les problèmes de fonctionnement selon le premier mode de fonctionnement F1 augmente, en outre, les capacités de stockage en hydrogène du système 1. En effet, quand la pile à combustible 2 fonctionne selon le deuxième mode de fonctionnement F2, le dispositif de stockage basse température 3 désorbe également l'hydrogène qu'il stocke pour alimenter la pile à combustible 2.
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
Claims (17)
1. Système (1) comprenant :
- une pile à combustible (2) propre à fonctionner sélectivement dans un premier mode de fonctionnement (F1) et dans un deuxième mode de fonctionnement (F2), tels que :
dans le premier mode de fonctionnement (F1), la pile à combustible (2) consomme de l'énergie électrique pour produire de l'hydrogène (H2) et de l'oxygène (02), et dans le deuxième mode de fonctionnement (F2), la pile à combustible (2) produit de l'énergie électrique en consommant de l'hydrogène (H2) et de l'oxygène (02), - un premier dispositif de stockage (3) pour stocker de l'hydrogène (H2) produit par la pile à combustible (2) lorsque la pile à combustible (2) est dans le premier mode de fonctionnement (F1), le premier dispositif de stockage (3) comprenant un premier matériau propre à absorber l'hydrogène (H2) en formant avec l'hydrogène un premier hydrure métallique (HM1) lorsque l'hydrogène est à une première pression (PO), et à
libérer l'hydrogène (H2) par désorption lorsque l'hydrogène (H2) est à une deuxième pression (P1), supérieure à la première pression (PO), le premier hydrure métallique (HM1) présentant une première enthalpie d'absorption, - un deuxième dispositif de stockage (4) propre à stocker de l'hydrogène (H2) en provenance du premier dispositif de stockage (3), le deuxième dispositif de stockage (4) comprenant un deuxième matériau, différent du premier matériau, le deuxième matériau étant propre à absorber l'hydrogène (H2) en formant avec l'hydrogène (H2) un deuxième hydrure métallique (HM2) lorsque l'hydrogène (H2) est à la deuxième pression (P1), le deuxième hydrure métallique (HM2) présentant une deuxième enthalpie d'absorption, supérieure, en valeur absolue, à la première enthalpie d'absorption du premier hydrure métallique (HM1).
- une pile à combustible (2) propre à fonctionner sélectivement dans un premier mode de fonctionnement (F1) et dans un deuxième mode de fonctionnement (F2), tels que :
dans le premier mode de fonctionnement (F1), la pile à combustible (2) consomme de l'énergie électrique pour produire de l'hydrogène (H2) et de l'oxygène (02), et dans le deuxième mode de fonctionnement (F2), la pile à combustible (2) produit de l'énergie électrique en consommant de l'hydrogène (H2) et de l'oxygène (02), - un premier dispositif de stockage (3) pour stocker de l'hydrogène (H2) produit par la pile à combustible (2) lorsque la pile à combustible (2) est dans le premier mode de fonctionnement (F1), le premier dispositif de stockage (3) comprenant un premier matériau propre à absorber l'hydrogène (H2) en formant avec l'hydrogène un premier hydrure métallique (HM1) lorsque l'hydrogène est à une première pression (PO), et à
libérer l'hydrogène (H2) par désorption lorsque l'hydrogène (H2) est à une deuxième pression (P1), supérieure à la première pression (PO), le premier hydrure métallique (HM1) présentant une première enthalpie d'absorption, - un deuxième dispositif de stockage (4) propre à stocker de l'hydrogène (H2) en provenance du premier dispositif de stockage (3), le deuxième dispositif de stockage (4) comprenant un deuxième matériau, différent du premier matériau, le deuxième matériau étant propre à absorber l'hydrogène (H2) en formant avec l'hydrogène (H2) un deuxième hydrure métallique (HM2) lorsque l'hydrogène (H2) est à la deuxième pression (P1), le deuxième hydrure métallique (HM2) présentant une deuxième enthalpie d'absorption, supérieure, en valeur absolue, à la première enthalpie d'absorption du premier hydrure métallique (HM1).
2. Système selon la revendication 1, comprenant un premier dispositif de chauffage (31) pour chauffer le premier hydrure métallique (HM1), de manière à faire passer une pression de l'hydrogène (H2) stocké dans le premier dispositif de stockage (3) de la première pression (PO) à la deuxième pression (P1).
3. Système (1) selon la revendication 2, dans lequel le premier dispositif de chauffage (31) est propre à être alimenté en chaleur par de l'eau résiduelle, qui n'a pas été
consommée par la pile à combustible (2) lorsque la pile à combustible (2) fonctionne dans le premier mode de fonctionnement (F1).
consommée par la pile à combustible (2) lorsque la pile à combustible (2) fonctionne dans le premier mode de fonctionnement (F1).
4. Système (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le deuxième matériau est propre à produire, lors du stockage par absorption de l'hydrogène (H2) dans le deuxième matériau, une quantité de chaleur nécessaire à
vaporiser de l'eau alimentant la pile à combustible (2) lorsque la pile à
combustible (2) fonctionne dans le premier mode de fonctionnement (F1).
vaporiser de l'eau alimentant la pile à combustible (2) lorsque la pile à
combustible (2) fonctionne dans le premier mode de fonctionnement (F1).
5. Système (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant un premier échangeur thermique (41) propre à transférer de la chaleur produite lors du stockage par absorption de l'hydrogène (H2) dans le deuxième matériau à l'eau alimentant la pile à combustible (2) lorsque la pile à combustible (2) fonctionne dans le premier mode de fonctionnement (F1).
6. Système selon la revendication 5, dans lequel le premier échangeur thermique (41) est propre à transférer de la chaleur de l'eau produite par la pile à
combustible (2) vers le deuxième hydrure métallique (HM2) de manière à provoquer une désorption de l'hydrogène (H2) stocké dans le deuxième dispositif de stockage (4) pour alimenter la pile à combustible (2) en hydrogène (H2) lorsque la pile à combustible (2) fonctionne dans le deuxième mode de fonctionnement (F2).
combustible (2) vers le deuxième hydrure métallique (HM2) de manière à provoquer une désorption de l'hydrogène (H2) stocké dans le deuxième dispositif de stockage (4) pour alimenter la pile à combustible (2) en hydrogène (H2) lorsque la pile à combustible (2) fonctionne dans le deuxième mode de fonctionnement (F2).
7. Système (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant un deuxième échangeur thermique (81) propre à transférer de la chaleur de l'hydrogène (H2) produit par la pile à combustible (2) vers de l'eau alimentant la pile à
combustible (2) pour alimenter la pile à combustible (2) en vapeur lorsque la pile à
combustible (2) fonctionne dans le premier mode de fonctionnement (F1).
combustible (2) pour alimenter la pile à combustible (2) en vapeur lorsque la pile à
combustible (2) fonctionne dans le premier mode de fonctionnement (F1).
8. Système (1) selon la revendication 7, dans lequel le deuxième échangeur thermique (81) est propre à transférer de la chaleur de l'eau produite par la pile à
combustible (2) vers de l'hydrogène (H2) en provenance du premier dispositif de stockage (3) et/ou du deuxième dispositif de stockage (4) pour alimenter la pile à
combustible (2) avec de l'hydrogène (H2) chauffé, lorsque la pile à
combustible (2) fonctionne dans le deuxième mode de fonctionnement (F2).
combustible (2) vers de l'hydrogène (H2) en provenance du premier dispositif de stockage (3) et/ou du deuxième dispositif de stockage (4) pour alimenter la pile à
combustible (2) avec de l'hydrogène (H2) chauffé, lorsque la pile à
combustible (2) fonctionne dans le deuxième mode de fonctionnement (F2).
9. Système (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant un condenseur (61) pour séparer l'hydrogène (H2) produit par la pile à
combustible (2) et de l'eau résiduelle qui n'a pas été consommée par la pile à combustible (2) lorsque la pile à combustible (2) fonctionne dans le premier mode de fonctionnement (F1).
combustible (2) et de l'eau résiduelle qui n'a pas été consommée par la pile à combustible (2) lorsque la pile à combustible (2) fonctionne dans le premier mode de fonctionnement (F1).
10. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le premier dispositif de stockage (3) comprend une pluralité de cellules de stockage (35) et une canalisation d'entrée/sortie (32), chaque cellule de stockage (35) étant propre à être alimentée en hydrogène (H2) en provenance de la pile à combustible (2) et à
être déchargée en hydrogène (H2) vers le deuxième dispositif de stockage (4) via la canalisation d'entrée/sortie (32), et une vanne (36) propre à être commandé
pour raccorder la canalisation d'entrée/sortie (32) de chaque cellule de stockage (35) sélectivement à une canalisation pour le transport de l'hydrogène (6a, 6b), configurée pour transporter l'hydrogène (H2) entre la pile à combustible (2) et/ou le premier dispositif de stockage (3) et/ou le deuxième dispositif de stockage (4), de manière indépendante des autres cellules de stockage (35).
être déchargée en hydrogène (H2) vers le deuxième dispositif de stockage (4) via la canalisation d'entrée/sortie (32), et une vanne (36) propre à être commandé
pour raccorder la canalisation d'entrée/sortie (32) de chaque cellule de stockage (35) sélectivement à une canalisation pour le transport de l'hydrogène (6a, 6b), configurée pour transporter l'hydrogène (H2) entre la pile à combustible (2) et/ou le premier dispositif de stockage (3) et/ou le deuxième dispositif de stockage (4), de manière indépendante des autres cellules de stockage (35).
11. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant une vanne de raccordement (5) propre à raccorder le deuxième dispositif de stockage (4) sélectivement au premier dispositif de stockage (3) pour alimenter le deuxième dispositif de stockage (4) en hydrogène (H2) en provenance du premier dispositif de stockage (3) lorsque la pile à combustible (2) fonctionne dans le premier mode de fonctionnement (F1) ou à la pile à combustible (2) pour alimenter la pile à
combustible (2) en hydrogène (H2) en provenance du deuxième dispositif de stockage (4) lorsque la pile à combustible (2) fonctionne dans le deuxième mode de fonctionnement (F2).
combustible (2) en hydrogène (H2) en provenance du deuxième dispositif de stockage (4) lorsque la pile à combustible (2) fonctionne dans le deuxième mode de fonctionnement (F2).
12. Système (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, comprenant un deuxième dispositif de chauffage (20) et un régulateur (200) propre à
commander le deuxième dispositif de chauffage (20) pour maintenir la pile à combustible (2) à une température de fonctionnement nominale (T1) prédéfinie, comprise entre 650 et 850 .
commander le deuxième dispositif de chauffage (20) pour maintenir la pile à combustible (2) à une température de fonctionnement nominale (T1) prédéfinie, comprise entre 650 et 850 .
13. Système (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel le premier matériau du premier dispositif de stockage (3) comprend un composé
choisi parmi le Lanthane, le Titane, le Vanadium, le Nickel ou une combinaison de ces éléments.
choisi parmi le Lanthane, le Titane, le Vanadium, le Nickel ou une combinaison de ces éléments.
14. Système (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel le deuxième matériau du deuxième dispositif de stockage (4) comprend du Magnésium.
15. Procédé de fonctionnement d'un système (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel la pile à combustible (2) fonctionne dans le premier mode de fonctionnement (F1), le procédé comprenant des étapes de :
- stocker par absorption (E1) de l'hydrogène (H2) produit par la pile à
combustible (2) à la première pression dans le premier dispositif de stockage (3), - chauffer (E12) le premier hydrure métallique (HM1) de manière à faire passer l'hydrogène (H2) stocké dans le premier dispositif de stockage (3) de la première pression (PO) à la deuxième pression (P1), - libérer par désorption (E13) l'hydrogène (H2) stocké dans le premier dispositif de stockage (3), et - stocker par absorption (E2) l'hydrogène (H2) libéré en provenance du premier dispositif de stockage (3) dans le deuxième dispositif de stockage (4) à la deuxième pression (P1), le deuxième dispositif de stockage (4) stockant l'hydrogène (H2) libéré
à une même vitesse que le premier dispositif de stockage (3) libère l'hydrogène (H2) stocké.
- stocker par absorption (E1) de l'hydrogène (H2) produit par la pile à
combustible (2) à la première pression dans le premier dispositif de stockage (3), - chauffer (E12) le premier hydrure métallique (HM1) de manière à faire passer l'hydrogène (H2) stocké dans le premier dispositif de stockage (3) de la première pression (PO) à la deuxième pression (P1), - libérer par désorption (E13) l'hydrogène (H2) stocké dans le premier dispositif de stockage (3), et - stocker par absorption (E2) l'hydrogène (H2) libéré en provenance du premier dispositif de stockage (3) dans le deuxième dispositif de stockage (4) à la deuxième pression (P1), le deuxième dispositif de stockage (4) stockant l'hydrogène (H2) libéré
à une même vitesse que le premier dispositif de stockage (3) libère l'hydrogène (H2) stocké.
16. Procédé de fonctionnement d'un système (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel la pile à combustible (2) fonctionne dans le deuxième mode de fonctionnement (F2), le procédé comprenant des étapes de :
- chauffer (E4) le deuxième hydrure métallique (HM2) de manière à provoquer une désorption (E6) de l'hydrogène (H2) stocké dans le deuxième dispositif de stockage (4), et - alimenter (E7) la pile à combustible (1) avec l'hydrogène (H2) désorbé en provenance du deuxième dispositif de stockage (2).
- chauffer (E4) le deuxième hydrure métallique (HM2) de manière à provoquer une désorption (E6) de l'hydrogène (H2) stocké dans le deuxième dispositif de stockage (4), et - alimenter (E7) la pile à combustible (1) avec l'hydrogène (H2) désorbé en provenance du deuxième dispositif de stockage (2).
17. Procédé selon la revendication 16, comprenant en outre des étapes de :
- chauffer (E5) le premier hydrure métallique (HM1) de manière à provoquer une désorption (E6) de l'hydrogène (H2) stocké dans le premier dispositif de stockage (3), et - alimenter (E7) la pile à combustible (2) avec l'hydrogène (H2) désorbé en provenance du premier dispositif de stockage.
- chauffer (E5) le premier hydrure métallique (HM1) de manière à provoquer une désorption (E6) de l'hydrogène (H2) stocké dans le premier dispositif de stockage (3), et - alimenter (E7) la pile à combustible (2) avec l'hydrogène (H2) désorbé en provenance du premier dispositif de stockage.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2212633A FR3142842A1 (fr) | 2022-12-01 | 2022-12-01 | Système réversible comprenant une pile à combustible réversible et un dispositif de stockage à hydrure métallique. |
| FR2212633 | 2022-12-01 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA3221948A1 true CA3221948A1 (fr) | 2024-06-01 |
Family
ID=85221926
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA3221948A Pending CA3221948A1 (fr) | 2022-12-01 | 2023-12-01 | Systeme reversible comprenant une pile a combustible reversible et un dispositif de stockage a hydrure metallique |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240243326A1 (fr) |
| CA (1) | CA3221948A1 (fr) |
| DE (1) | DE102023133571A1 (fr) |
| FR (1) | FR3142842A1 (fr) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004335238A (ja) * | 2003-05-07 | 2004-11-25 | Techno Bank:Kk | 水素エネルギーシステム |
| GB0317894D0 (en) * | 2003-07-31 | 2003-09-03 | Johnson Matthey Plc | Hydrogen supply system |
| FR2992400B1 (fr) | 2012-06-20 | 2014-08-08 | Centre Nat Rech Scient | Systeme de stockage reversible d'hydrogene dans un materiau sous forme d'hydrure metallique comportant une pluralite de caloducs en contact thermique avec le materiau |
| FR3033943B1 (fr) * | 2015-03-19 | 2017-03-31 | Electricite De France | Procede de gestion thermique d'un systeme pour la cogeneration d'electricite et de chaleur et systeme associe |
-
2022
- 2022-12-01 FR FR2212633A patent/FR3142842A1/fr active Pending
-
2023
- 2023-11-30 DE DE102023133571.5A patent/DE102023133571A1/de active Pending
- 2023-12-01 CA CA3221948A patent/CA3221948A1/fr active Pending
- 2023-12-01 US US18/526,521 patent/US20240243326A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20240243326A1 (en) | 2024-07-18 |
| DE102023133571A1 (de) | 2024-06-06 |
| FR3142842A1 (fr) | 2024-06-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3271962B1 (fr) | Procédé de gestion thermique d'un système pour la cogénération d'électricité et de chaleur et système associé | |
| EP3516093A1 (fr) | Système d'électrolyse réversible de l'eau à haute température comportant un réservoir d'hydrures couplé à l'électrolyseur | |
| CA2980664C (fr) | Systeme de production d'electricite par pile a combustible sofc avec circulation des especes carbonees en boucle fermee | |
| EP3499626B1 (fr) | Systeme reversible de stockage et destockage d'electricite comprenant un convertisseur electrochimique (sofc/soec) couple a un systeme de stockage/destockage d'air comprime (caes) | |
| FR2894390A1 (fr) | Systeme de piles a combustible et procede pour le faire fonctionner | |
| EP3303659B1 (fr) | Système de production de dihydrogène, et procédé associé | |
| FR3037942A1 (fr) | Procede d’hydruration d’un compose intermetallique et dispositif d’hydruration. | |
| FR2999169A1 (fr) | Procede pyrotechnique de mise a disposition d'hydrogene faiblement pressurise et a une temperature inferieure a 200°c et dispositif associe | |
| CA3221948A1 (fr) | Systeme reversible comprenant une pile a combustible reversible et un dispositif de stockage a hydrure metallique | |
| EP1733447B1 (fr) | Dispositif et procede de refroidissement d'un ensemble de generation d'electricite comprenant une pile a combustible. | |
| EP2984434A1 (fr) | Systeme de stockage par voie thermochimique a efficacite de stockage amélioree | |
| FR2816759A1 (fr) | Utilisation d'une membrane a base de palladium dans un dispositif a pile a combustible | |
| EP1799614A1 (fr) | Generateur d'electricite pour vehicule automobile | |
| EP3920287A1 (fr) | Dispositif hybride de generation de puissance | |
| JPH02132771A (ja) | 燃料電池 | |
| FR2879026A1 (fr) | Systeme de generation d'energie electrique embarque sur un vehicule automobile equipe d'une pile a combustible et procede associe | |
| CA3196775A1 (fr) | Systeme d'electrolyseur haute temperature optimise par depression de l'alimentation en vapeur d'eau | |
| EP1730806B1 (fr) | Procede de regulation de la pression d'un gaz d'echappement d'une pile a combustible de maniere a reguler l'aptitude a la condensation de ce gaz | |
| FR2899020A1 (fr) | Systeme de pile a combustible a haut rendement | |
| FR2866474A1 (fr) | Systeme a pile a combustible a ligne d'alimentation en oxygene optimise, applications d'un tel systeme et procede d'alimentation en oxygene de la cathode de ce systeme. | |
| FR2870641A1 (fr) | Generateur electrochimique avec systeme de transfert d'eau sous forme vapeur | |
| FR2904147A1 (fr) | Procede de gestion de la consommation en hydrogene et oxygene d'une pile a combustible. | |
| FR2868212A1 (fr) | Dispositif de gestion de l'eau d'un systeme pile a combustible | |
| FR2883102A1 (fr) | Dispositif de gestion des alimentations en air d'un systeme pile a combustible incluant un reformeur de carburant | |
| FR2874911A1 (fr) | Systeme de reformage et procede d'alimentation en gaz riche en hydrogene pour une pile a combustible |