EP4252298A1 - Stack drainage for redox flow battery - Google Patents

Stack drainage for redox flow battery

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Publication number
EP4252298A1
EP4252298A1 EP21815542.2A EP21815542A EP4252298A1 EP 4252298 A1 EP4252298 A1 EP 4252298A1 EP 21815542 A EP21815542 A EP 21815542A EP 4252298 A1 EP4252298 A1 EP 4252298A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
catholyte
anolyte
supply circuit
reservoir
drainage
Prior art date
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Pending
Application number
EP21815542.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jérémy ALLIX
Kevin PAVEC
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kemiwatt
Original Assignee
Kemiwatt
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kemiwatt filed Critical Kemiwatt
Publication of EP4252298A1 publication Critical patent/EP4252298A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • H01M8/188—Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
    • 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
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0289—Means for holding the electrolyte
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04276—Arrangements for managing the electrolyte stream, e.g. heat exchange
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
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    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
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    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
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    • H01M8/04477—Concentration; Density of the electrolyte
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    • 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
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • 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
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to the field of flow redox batteries comprising a stack of several electrochemical cells, and implementing liquid electrolytes.
  • the present invention relates to a compact flow redox battery system incorporating electrolyte supply pumps and drain pumps.
  • the present invention also relates to a method implementing such a system and an assembly comprising this system, the assembly being compact and/or having a constrained vertical size.
  • Flow batteries consist of a system stacking electrochemical cells in series electrically and in parallel fluidically to form a stack using electrolytes to store energy. This stacking makes it possible to reach the voltage and power level necessary for the proper operation of power converters.
  • Energy is stored via a reversible electrochemical reaction within electrochemical cells.
  • the two electrolyte solutions are called anolyte and catholyte respectively and stored in two separate tanks.
  • the electrochemical reaction modifies the ionic state of the electrolytes circulating within the stack and pass to a charged state.
  • the reaction is reversible and the stored electrical energy is supplied to the “users”.
  • electrolytes are continuously pumped through the stacks.
  • the electrochemical reaction supplies direct current (DC) to the electrical circuit connected to bidirectional converters allowing charging and discharging in alternating current (AC). These converters allow connection to the network.
  • DC direct current
  • AC alternating current
  • the Flux Battery System switches from ON mode to OFF mode.
  • OFF mode liquid anolyte and liquid catholyte are emptied from the electrochemical cell into the respective storage tanks. This helps prevent self-discharge of the flow battery system due to diffusion of electrochemically active species through an ion exchange membrane into the electrochemical cell.
  • a disadvantage of switching to OFF mode is that if there is a demand to draw or store electrical energy from the flux battery system, the prior art flux battery system is slow to respond.
  • EP2795709A1 describes a flow battery system operating with an on mode (ON), an off mode (OFF) and a Pause mode (STANDBY).
  • ON on mode
  • OFF off mode
  • STANDBY Pause mode
  • a controller stops the pumps and closes the valves connecting the tanks to the electrochemical cell compartments.
  • STANDBY pause mode
  • the liquid anolyte and the liquid catholyte present in the electrochemical cell cannot flow back into the reservoirs.
  • the liquid anolyte and liquid catholyte portions are retained for a period of time in the electrochemical cell, during which time no energy is drawn from the liquid anolyte and liquid catholyte or stored.
  • the object of the present invention is to provide a flow battery system making it possible to reduce the currents within the electrolytes, in particular in electrochemical cells connected fluidically in parallel and during standby.
  • the object of the present invention is to provide an electrochemical cell having a good lifetime, and in particular improving the storage stability of the system by reducing the phenomenon of self-discharge, in particular during the pause phases (stand-by).
  • the aim of the present invention is to provide a compact electrochemical cell and/or a set of electrochemical cells and storage tanks for the electrolytes circulating within the electrochemical cells, the set having for example to be placed in a constrained vertical environment.
  • the aim of the present invention is to solve all of these technical problems in a reliable, industrial and low-cost manner, and preferably by providing a compact flow battery system and/or placed in a constrained vertical environment.
  • the prior art does not make it possible to solve these technical problems, in particular within the framework of the provision of a compact system and/or placed or intended to be placed in a constrained vertical environment.
  • the prior solutions relate to systems comprising reservoirs, pumps and large electrochemical cells.
  • the reservoirs are placed below the electrochemical cells so that the drainage of the electrolytes takes place by gravity.
  • This geometry does not make it possible to optimize the volume and/or the yield and/or the cost within the framework of an integration of the flow batteries in a container, in particular a compact container and/or placed or intended to be placed in a constrained vertical environment. Transport is also problematic for these prior techniques.
  • the invention relates to a comprising one or more flow redox batteries comprising a stack of several electrochemical cells 30, said electrochemical cells 30 comprising a cathode compartment and an anode compartment, the cathode compartment being in fluid communication via a power supply circuit 13 with one or more electrolyte reservoirs 10 called catholyte, the anode compartment being in fluid communication via a supply circuit 23 with one or more electrolyte reservoirs 20 called anolyte, the supply circuit 13, 23 of the catholyte, respectively of the anolyte, comprising a pump 15, 25 for circulating the catholyte, respectively of the anolyte, from the tank 10, 20 towards the cathodic, respectively anodic compartments, said system comprising a drainage pump 14 of catholyte and an anolyte drainage pump 24, the catholyte, respectively anolyte, drainage pump being slaved to a detector for the presence of catholyte, respectively anolyte, in at least part
  • the circulation authorization device 12, 22 is a three-way solenoid valve connecting either the reservoir 10, 20 to the circulation pump 15, 25, or connecting the electrochemical cells 30 to the drainage pump 14, 24 .
  • said drainage pump 14, 24 is positioned on a circuit at least partly dedicated to the drainage of the catholyte, respectively of the anolyte, said drainage circuit.
  • each catholyte or anolyte drainage pump is independently controlled by one or more electrolyte presence sensors.
  • said circulation pump 15, 25 is positioned on a circuit at least partly dedicated to the circulation of the catholyte, respectively of the anolyte, towards the electrochemical cells, said supply circuit 13, 23.
  • said measuring device is a device for measuring the liquid level of the catholyte, respectively of the anolyte, in at least part of the said supply circuit and/or of the cathodic compartments, respectively the anodic ones.
  • the drainage pump of the catholyte, respectively of the anolyte is in operation and the catholyte, respectively the anolyte, circulates in the drainage circuit of the catholyte, respectively of the anolyte, and feeds the inlet of the reservoir of the catholyte, respectively of the anolyte.
  • the invention also relates to a method for producing electricity using one or more flow redox batteries comprising a stack of several electrochemical cells, said electrochemical cells comprising a cathode compartment and an anode compartment, the cathode compartment being in fluidic communication via a supply circuit with one or more electrolyte reservoirs called catholyte, the anode compartment being in fluid communication via a supply circuit with one or more electrolyte reservoirs called anolyte, the circuit for supplying the catholyte, respectively the anolyte, comprising a pump for circulating the catholyte, respectively the anolyte from the reservoir towards the cathodic, respectively anodic compartments, the said system comprising a catholyte drainage pump and a drainage pump for anolyte, the catholyte, respectively anolyte, drainage pump being slaved to a device for measuring the presence of catholyte, respectively anolyte, in at least part of said catholyte,
  • the catholyte in charge or discharge mode of the flow batteries, the catholyte, respectively the anolyte, circulates from the reservoir of catholyte, respectively of anolyte, towards the cathodic compartments, respectively anodic, and advantageously, in pause mode (standby) of the flow batteries, the catholyte, respectively the anolyte, is drained from the supply circuit of the catholyte, respectively of the anolyte, and/or of the cathodic compartments, respectively anodic, towards the reservoir of catholyte, respectively of anolyte.
  • the catholyte in the charging or discharging mode of the flow batteries, the catholyte, respectively the anolyte, circulates from the outlet of the catholyte reservoir, respectively of anolyte, towards the cathodic compartments, respectively anodic, then towards the inlet of the reservoir of catholyte, respectively of anolyte, and in pause mode (stand-by) of the flow batteries, the catholyte, respectively the anolyte, circulates from the supply circuit of the catholyte, respectively of the anolyte, and/or of the cathodic compartments, respectively anodic, to a zone close to the inlet of the catholyte reservoir, respectively anolyte.
  • the drainage is activated when the measuring device detects the presence, for example by measuring the liquid level, of catholyte, respectively of anolyte, in at least part of said power supply circuit and/or cathodic compartments, respectively anodic.
  • the invention also relates to a set of compact electrochemical cells, comprising in a container a system as defined according to the invention or a system implementing a method according to the invention.
  • the set of compact electrochemical cells is transportable.
  • the invention advantageously consists in carrying out the drainage of the stacks mechanically so as not to depend on gravity, in particular in a compact system and/or placed or intended to be placed in a constrained vertical environment, preferably transportable.
  • a three-way solenoid valve in charge/discharge mode, is placed in position to supply the supply circuit, thus directing the electrolytes towards the stacks of electrochemical cells. It is then a completely classic operation for a flow battery.
  • the three-way solenoid valve in pause mode (stand-by) is put in position to supply the drainage circuit.
  • the drain pump when a level sensor detects electrolytes in a line of the supply circuit in the electrochemical cells, the drain pump is operated to direct the electrolyte or electrolytes concerned to the reservoirs of storage.
  • the drain pump in pause, when a level sensor does not detect the presence of electrolytes, the drain pump is stopped.
  • each electrolyte is independent in the sense that they do not communicate, in particular to physically separate the catholyte from the anolyte.
  • the feed pumps and the drainage pumps, the electrolyte reservoirs and the cathode compartments, respectively anode can operate independently.
  • each embodiment of the circuit for supplying and/or draining the catholyte can be independent of the circuit for supplying and/or draining the anolyte, in its structure and/or its operation.
  • the structures and functioning of the circulation and/or the drainage of the catholyte and of the anolyte can be coupled.
  • FIG 1 schematically illustrates an embodiment in on-mode operation.
  • the system comprises a catholyte reservoir 10, and an anolyte reservoir 20.
  • the catholyte reservoir 10 is in fluid communication, via a supply system 13, with the cathode compartments of a plurality of electrochemical cells 30.
  • the reservoir of anolyte 20 is in fluid communication, via a supply system 23, with the anode compartments of a plurality of electrochemical cells 30.
  • the supply system 13 of the catholyte comprises a supply pump 15 and a device for authorization of the passage of the fluid, for example from a three-way solenoid valve 12, directing the catholyte from the reservoir 10 towards the electrochemical cells 30 in charge/discharge operating mode.
  • the anolyte supply system 23 comprises a supply pump 25 and a fluid passage authorization device, for example a three-way solenoid valve 22, directing the anolyte from the reservoir 20 to the electrochemical cells 30 in charge/discharge mode.
  • a fluid passage authorization device for example a three-way solenoid valve 22 directing the anolyte from the reservoir 20 to the electrochemical cells 30 in charge/discharge mode.
  • This mode makes it possible to supply the stacks (plurality of electrochemical cells 30) with electrolyte, thus allowing normal operation of the battery in charge and discharge mode.
  • FIG 2 schematically illustrates an embodiment operating in pause mode (stand-by).
  • the tank outlet solenoid valves 12, 22 rotate independently so as to isolate the tanks 10, 20, respectively.
  • the solenoid valve 12, 22 rotates so as to bring the catholyte, respectively the anolyte, into contact with a drainage pump 14, 24, respectively.
  • the supply of the drainage pump 14, 24 is connected to one or more presence detectors of the electrolyte in question, for example it is one or more liquid level detectors.
  • the electrolyte presence detector(s) can typically be positioned between the solenoid valve 12, 22 and the supply pump 15, 25, respectively.
  • each drainage pump 14, 24 can be independently slaved to one or more electrolyte presence sensors.
  • the detector When the detector detects the presence of residual electrolyte in a supply circuit, the detector transmits a signal, typically via a battery management system (BMS - Battery Management System, not shown in the figures), to supply the pumps drainage 14, 24 to substantially empty the supply circuits 13, 23, respectively and the stacks 30 of residual electrolytes.
  • BMS Battery Management System
  • This system makes it possible not to have to position the stacks 30 above the 10.20 tanks to ensure drainage and isolation of the stacks 30, which reduces the self-discharge of the flow battery, in particular when the container is compact. and/or placed or intended to be placed in a constrained vertical environment.
  • containers are 20ft, 20ft FIC (High Cube), or 40ft containers. It can also be more generally container or height constrained environment. Such a constrained environment thus does not allow the electrolyte reservoirs to be positioned freely, and in particular below the level of the electrochemical cells.
  • the spatial positioning of the electrolyte reservoirs relative to the electrochemical cells does not allow liquid drainage by gravity of the catholyte, respectively of the anolyte, contained in the electrochemical cells.
  • the electrolyte reservoirs are positioned below the liquid level of catholyte, respectively anolyte, contained in the electrochemical cells.
  • system or method according to the invention means a system or method defined as in the present invention, including according to any one of the variants, particular or specific embodiments, independently or according to the any combination thereof, including preferred characteristics.

Abstract

The present invention relates to a system comprising one or more redox flow batteries comprising a stack of several electrochemical cells, said electrochemical cells comprising a cathode compartment and an anode compartment, the cathode compartment being in fluidic communication via a supply circuit with one or more reservoirs of an electrolyte referred to as a catholyte, the anode compartment being in fluidic communication via a supply circuit with one or more reservoirs of an electrolyte referred to as an anolyte, the catholyte, and respectively the anolyte, supply circuit comprising a pump for circulating the catholyte, and respectively the anolyte, from the reservoir to the cathode, and respectively anode, compartments, said system comprising a catholyte drainage pump and an anolyte drainage pump, the catholyte, and respectively the anolyte, drainage pump being subordinated to a detector of the presence of catholyte, and respectively of anolyte, in at least part of said catholyte, and respectively anolyte, supply circuit, the catholyte, and respectively anolyte, supply circuit comprising a device either allowing or not allowing the catholyte, and respectively the anolyte, to be circulated from the catholyte, and respectively the anolyte, tank to the cathode, and respectively the anode, compartments.

Description

TITRE : Drainage d’empilement pour batterie rédox à flux TITLE: Piling drainage for flow ORP battery
La présente invention concerne le domaine des batteries rédox à flux comprenant un empilement de plusieurs cellules électrochimiques, et mettant en œuvre des électrolytes liquides. The present invention relates to the field of flow redox batteries comprising a stack of several electrochemical cells, and implementing liquid electrolytes.
La présente invention concerne un système de batteries rédox à flux compact intégrant des pompes d’alimentation des électrolytes et des pompes de drainage. La présente invention concerne également un procédé mettant en œuvre un tel système et un ensemble comprenant ce système, l’ensemble étant compact et/ou présentant un encombrement vertical contraint. The present invention relates to a compact flow redox battery system incorporating electrolyte supply pumps and drain pumps. The present invention also relates to a method implementing such a system and an assembly comprising this system, the assembly being compact and/or having a constrained vertical size.
Etat de la technique State of the art
Les batteries à flux consistent en un système empilant des cellules électrochimiques en série électriquement et en parallèle fluidiquement pour constituer un empilement (« stack en anglais ») utilisant des électrolytes pour stocker de l’énergie. Cet empilement permet d’atteindre le niveau de tension et de puissance nécessaire au bon fonctionnement des convertisseurs de puissance. L’énergie est stockée via une réaction électrochimique réversible au sein des cellules électrochimiques. Les deux solutions d’électrolyte sont respectivement appelées anolyte et catholyte et stockées dans deux réservoirs séparés. Durant la charge, la réaction électrochimique modifie l’état ionique des électrolytes circulant au sein de l’empilement et passent à un état chargé. Durant la décharge, la réaction est réversible et l’énergie électrique stockée est fournie aux « utilisateurs ». Afin d’assurer le bon fonctionnement du système, les électrolytes sont continuellement pompés à travers les empilements. La réaction électrochimique alimente en courant continu (DC) le circuit électrique relié à des convertisseurs bidirectionnels permettant charge et décharge en courant alternatif (AC). Ces convertisseurs permettent le branchement au réseau. Flow batteries consist of a system stacking electrochemical cells in series electrically and in parallel fluidically to form a stack using electrolytes to store energy. This stacking makes it possible to reach the voltage and power level necessary for the proper operation of power converters. Energy is stored via a reversible electrochemical reaction within electrochemical cells. The two electrolyte solutions are called anolyte and catholyte respectively and stored in two separate tanks. During the charge, the electrochemical reaction modifies the ionic state of the electrolytes circulating within the stack and pass to a charged state. During the discharge, the reaction is reversible and the stored electrical energy is supplied to the “users”. To ensure proper system operation, electrolytes are continuously pumped through the stacks. The electrochemical reaction supplies direct current (DC) to the electrical circuit connected to bidirectional converters allowing charging and discharging in alternating current (AC). These converters allow connection to the network.
Lors de l’arrêt du système, afin d’éliminer tout phénomène d’autodécharge, il est nécessaire de s’assurer que les empilements soient vidés d’électrolytes résiduels et isolés des réservoirs de stockage. L’autodécharges est due à un courant résiduel dans l’empilement parcourant les électrolytes, entraînant ainsi une décharge lente mais continue de la batterie. Cette autodécharge pourrait entraîner sur le long terme une perte d’énergie emmagasinée par la batterie. When shutting down the system, in order to eliminate any self-discharge phenomenon, it is necessary to ensure that the stacks are emptied of residual electrolytes and isolated from the storage tanks. Self-discharge is due to a residual current in the stack flowing through the electrolytes, thus causing a slow but continuous discharge of the battery. This self-discharge could lead to a loss of energy stored by the battery over the long term.
Actuellement, les méthodes conventionnellement utilisées pour surmonter cette problématique technique réside dans le design des cadres des empilements pour diminuer le courant de shunt, comme par exemple décrit par WO 2018095995 (KEMIWATT), ou encore le placement des réservoirs à une hauteur permettant la vidange des compartiments d’électrode par gravité. De tels systèmes de batterie à flux antérieur fonctionnent selon un Marche (ON) et un mode Arrêt (OFF). Dans le mode ON, un anolyte liquide et un catholyte liquide sont mis en circulation à partir des réservoirs de stockage respectifs dans et à travers une cellule électrochimique pendant laquelle l'énergie est tirée de l'anolyte liquide et du catholyte liquide ou stockée dans ces deux éléments. Pour éviter l'autodécharge du système de batterie de flux pendant une période où l'énergie n'est pas tirée du système de batterie de flux ou stockée dans celui-ci, le système de batterie de flux passe du mode ON au mode OFF. En mode OFF, l'anolyte liquide et le catholyte liquide sont vidés de la cellule électrochimique dans les réservoirs de stockage respectifs. Cela permet d'éviter l'autodécharge du système de batterie à flux en raison de la diffusion des espèces électrochimiquement actives à travers une membrane échangeuse d'ions dans la cellule électrochimique. Un inconvénient du passage en mode OFF est que s'il y a une demande de prélèvement ou de stockage d'énergie électrique dans le système de batterie de flux, le système de batterie de flux de l'art antérieur est lent à réagir. Ainsi, EP2795709A1 décrit un système de batterie en flux fonctionnant avec un mode marche (ON), un mode arrêt (OFF) et un mode Pause (STANDBY). Le système permet un accès plus rapide à une partie de la pleine capacité du système de batterie en flux lorsqu'il n'est ni en mode "ON" ni en mode "OFF". En mode Pause (STANDBY), un contrôleur arrête les pompes et ferme les vannes reliant les réservoirs aux compartiments de la cellule électrochimique. Ainsi, l'anolyte liquide et le catholyte liquide présents dans la cellule électrochimique ne peuvent pas refluer dans les réservoirs. Les portions d'anolyte liquide et de catholyte liquide sont conservées pendant un certain temps dans la cellule électrochimique, pendant lequel aucune énergie n'est tirée de l'anolyte liquide et du catholyte liquide ni stockée. Currently, the methods conventionally used to overcome this technical problem reside in the design of the frames of the stacks to reduce the shunt current, as for example described by WO 2018095995 (KEMIWATT), or even the placement of the reservoirs at a height allowing the emptying of the electrode compartments by gravity. Such forward flow battery systems operate in an ON and OFF mode. In the ON mode, liquid anolyte and liquid catholyte are circulated from respective storage tanks into and through an electrochemical cell during which energy is drawn from or stored in the liquid anolyte and liquid catholyte. two elements. To prevent the Flux Battery System from self-discharging during a period when energy is not being drawn from or stored in the Flux Battery System, the Flux Battery System switches from ON mode to OFF mode. In OFF mode, liquid anolyte and liquid catholyte are emptied from the electrochemical cell into the respective storage tanks. This helps prevent self-discharge of the flow battery system due to diffusion of electrochemically active species through an ion exchange membrane into the electrochemical cell. A disadvantage of switching to OFF mode is that if there is a demand to draw or store electrical energy from the flux battery system, the prior art flux battery system is slow to respond. Thus, EP2795709A1 describes a flow battery system operating with an on mode (ON), an off mode (OFF) and a Pause mode (STANDBY). The system allows faster access to some of the full capacity of the flowing battery system when it is neither in "ON" or "OFF" mode. In pause mode (STANDBY), a controller stops the pumps and closes the valves connecting the tanks to the electrochemical cell compartments. Thus, the liquid anolyte and the liquid catholyte present in the electrochemical cell cannot flow back into the reservoirs. The liquid anolyte and liquid catholyte portions are retained for a period of time in the electrochemical cell, during which time no energy is drawn from the liquid anolyte and liquid catholyte or stored.
De tels systèmes demandent à être améliorés techniquement, en particulier dans le cadre de batterie à flux compactes, livrables sous la forme d’un container tout-en-un comprenant la ou les cellules électrochimiques et les réservoirs d’électrolytes. Such systems require technical improvement, particularly in the context of compact flow batteries, delivered in the form of an all-in-one container comprising the electrochemical cell(s) and the electrolyte reservoirs.
Buts de l’invention Aims of the invention
La présente invention a pour but de fournir un système de batterie à flux permettant de réduire les courants au sein des électrolytes, en particulier dans des cellules électrochimiques montées fluidiquement en parallèle et lors de la mise en pause (Stand- by). La présente invention a pour but de fournir une cellule électrochimique présentant une bonne durée de vie, et en particulier améliorant la stabilité de stockage du système en diminuant le phénomène d’autodécharge, en particulier lors des phases de pause (stand- by). The object of the present invention is to provide a flow battery system making it possible to reduce the currents within the electrolytes, in particular in electrochemical cells connected fluidically in parallel and during standby. The object of the present invention is to provide an electrochemical cell having a good lifetime, and in particular improving the storage stability of the system by reducing the phenomenon of self-discharge, in particular during the pause phases (stand-by).
La présente invention a pour but de fournir une cellule électrochimique compacte et/ou un ensemble de cellules électrochimiques et des réservoirs de stockage des électrolytes circulant au sein des cellules électrochimiques, l’ensemble devant par exemple être placée dans un environnement vertical contraint. The aim of the present invention is to provide a compact electrochemical cell and/or a set of electrochemical cells and storage tanks for the electrolytes circulating within the electrochemical cells, the set having for example to be placed in a constrained vertical environment.
La complexité de ces problèmes techniques est en particulier liée au fait d’être capable de les résoudre tous ensemble. The complexity of these technical problems is in particular linked to the fact of being able to solve them all together.
La présente invention a pour but de résoudre l’ensemble de ces problèmes techniques de manière fiable, industrielle et à faible coût, et de préférence en fournissant un système de batterie à flux compact et/ou placé dans un environnement vertical contraint. The aim of the present invention is to solve all of these technical problems in a reliable, industrial and low-cost manner, and preferably by providing a compact flow battery system and/or placed in a constrained vertical environment.
Description de l’invention Description of the invention
L’art antérieur ne permet pas de résoudre ces problèmes techniques, en particulier dans le cadre de la fourniture d’un système compact et/ou placé ou destiné à être placé dans un environnement vertical contraint. En effet, les solutions antérieures concernent des systèmes comprenant des réservoirs, pompes et cellules électrochimiques de grande dimension. Dans ces techniques antérieures, les réservoirs sont déposés en dessous des cellules électrochimiques de sorte que le drainage des électrolytes se réalise par gravité. Cette géométrie ne permet pas d’optimiser le volume et/ou le rendement et/ou le coût dans le cadre d’une intégration des batteries à flux dans un container, en particulier un container compact et/ou placé ou destiné à être placé dans un environnement vertical contraint. Le transport est également problématique pour ces techniques antérieures. The prior art does not make it possible to solve these technical problems, in particular within the framework of the provision of a compact system and/or placed or intended to be placed in a constrained vertical environment. Indeed, the prior solutions relate to systems comprising reservoirs, pumps and large electrochemical cells. In these prior techniques, the reservoirs are placed below the electrochemical cells so that the drainage of the electrolytes takes place by gravity. This geometry does not make it possible to optimize the volume and/or the yield and/or the cost within the framework of an integration of the flow batteries in a container, in particular a compact container and/or placed or intended to be placed in a constrained vertical environment. Transport is also problematic for these prior techniques.
La présente invention permet de résoudre ces problèmes techniques, de préférence de manière simultanée. Les références ci-après sont données à titre illustratif au regard des figures 1 et 2, te en sont donc nullement limitatifs de l’invention. The present invention makes it possible to solve these technical problems, preferably simultaneously. The references below are given for illustrative purposes with regard to Figures 1 and 2, you are therefore in no way limiting the invention.
Ainsi, l’invention concerne un comprenant une ou plusieurs batteries rédox à flux comprenant un empilement de plusieurs cellules électrochimiques 30, lesdites cellules électrochimiques 30 comprenant un compartiment cathodique et un compartiment anodique, le compartiment cathodique étant en communication fluidique via un circuit d’alimentation 13 avec un ou plusieurs réservoirs d’électrolyte 10 dit catholyte, le compartiment anodique étant en communication fluidique via un circuit d’alimentation 23 avec un ou plusieurs réservoirs 20 d’électrolyte dit anolyte, le circuit d’alimentation 13, 23 du catholyte, respectivement de l’anolyte, comprenant une pompe de circulation 15, 25 du catholyte, respectivement de l’anolyte, du réservoir 10, 20 vers les compartiments cathodiques, respectivement anodiques, ledit système comprenant une pompe de drainage 14 de catholyte et une pompe de drainage 24 d’anolyte, la pompe de drainage de catholyte, respectivement d’anolyte, étant asservie à un détecteur de présence de catholyte, respectivement d’anolyte, dans au moins une partie dudit circuit d’alimentation 13, 23 de catholyte, respectivement d’anolyte, le circuit d’alimentation 13, 23 du catholyte, respectivement de l’anolyte, comprenant un dispositif 12, 22 d’autorisation de la circulation ou non du catholyte, respectivement de l’anolyte, du réservoir 10, 20 de catholyte, respectivement d’anolyte, vers les compartiments cathodiques, respectivement anodiques. Thus, the invention relates to a comprising one or more flow redox batteries comprising a stack of several electrochemical cells 30, said electrochemical cells 30 comprising a cathode compartment and an anode compartment, the cathode compartment being in fluid communication via a power supply circuit 13 with one or more electrolyte reservoirs 10 called catholyte, the anode compartment being in fluid communication via a supply circuit 23 with one or more electrolyte reservoirs 20 called anolyte, the supply circuit 13, 23 of the catholyte, respectively of the anolyte, comprising a pump 15, 25 for circulating the catholyte, respectively of the anolyte, from the tank 10, 20 towards the cathodic, respectively anodic compartments, said system comprising a drainage pump 14 of catholyte and an anolyte drainage pump 24, the catholyte, respectively anolyte, drainage pump being slaved to a detector for the presence of catholyte, respectively anolyte, in at least part of said supply circuit 13, 23 of catholyte, respectively of anolyte, the supply circuit 13, 23 of the catholyte, respectively of the anolyte, comprising a device 12, 22 for authorizing the circulation or not of the catholyte, respectively of the anolyte, of the reservoir 10 , 20 catholyte, respectively anolyte, to the cathodic compartments, respectively anodic.
Selon une variante, le dispositif d’autorisation 12, 22 de la circulation est une électrovanne trois voies reliant soit le réservoir 10, 20 à la pompe de circulation 15, 25, soit reliant les cellules électrochimiques 30 à la pompe de drainage 14, 24. According to a variant, the circulation authorization device 12, 22 is a three-way solenoid valve connecting either the reservoir 10, 20 to the circulation pump 15, 25, or connecting the electrochemical cells 30 to the drainage pump 14, 24 .
Selon une variante, ladite pompe de drainage 14, 24 est positionnée sur un circuit au moins en partie dédié au drainage du catholyte, respectivement de l’anolyte, dit circuit de drainage. According to a variant, said drainage pump 14, 24 is positioned on a circuit at least partly dedicated to the drainage of the catholyte, respectively of the anolyte, said drainage circuit.
Typiquement, chaque pompe de drainage du catholyte, respectivement de l’anolyte, est indépendamment asservie à un ou plusieurs capteurs de présence d’électrolyte. Typically, each catholyte or anolyte drainage pump is independently controlled by one or more electrolyte presence sensors.
Selon une variante, ladite pompe de circulation 15, 25 est positionnée sur un circuit au moins en partie dédié à la circulation du catholyte, respectivement de l’anolyte, vers les cellules électrochimiques, dit circuit d’alimentation 13, 23. According to a variant, said circulation pump 15, 25 is positioned on a circuit at least partly dedicated to the circulation of the catholyte, respectively of the anolyte, towards the electrochemical cells, said supply circuit 13, 23.
Typiquement, ledit dispositif de mesure est un dispositif de mesure du niveau liquide du catholyte, respectivement de l’anolyte, dans au moins une partie dudit circuit d’alimentation et/ou des compartiments cathodiques, respectivement anodiques. Typically, said measuring device is a device for measuring the liquid level of the catholyte, respectively of the anolyte, in at least part of the said supply circuit and/or of the cathodic compartments, respectively the anodic ones.
Avantageusement, lorsque le dispositif de mesure détecte la présence du catholyte, respectivement de l’anolyte, la pompe de drainage du catholyte, respectivement de l’anolyte, est en fonctionnement et le catholyte, respectivement l’anolyte, circule dans le circuit de drainage du catholyte, respectivement de l’anolyte, et alimente l’entrée du réservoir du catholyte, respectivement de l’anolyte. Advantageously, when the measuring device detects the presence of the catholyte, respectively of the anolyte, the drainage pump of the catholyte, respectively of the anolyte, is in operation and the catholyte, respectively the anolyte, circulates in the drainage circuit of the catholyte, respectively of the anolyte, and feeds the inlet of the reservoir of the catholyte, respectively of the anolyte.
L’invention concerne également un procédé de production d’électricité mettant en œuvre une ou plusieurs batteries rédox à flux comprenant un empilement de plusieurs cellules électrochimiques, lesdites cellules électrochimiques comprenant un compartiment cathodique et un compartiment anodique, le compartiment cathodique étant en communication fluidique via un circuit d’alimentation avec un ou plusieurs réservoirs d’électrolyte dit catholyte, le compartiment anodique étant en communication fluidique via un circuit d’alimentation avec un ou plusieurs réservoirs d’électrolyte dit anolyte, le circuit d’alimentation du catholyte, respectivement de l’anolyte, comprenant une pompe de circulation du catholyte, respectivement de l’anolyte du réservoir vers les compartiments cathodiques, respectivement anodiques, ledit système comprenant une pompe de drainage de catholyte et une pompe de drainage d’anolyte, la pompe de drainage de catholyte, respectivement d’anolyte, étant asservie à un dispositif de mesure de la présence de catholyte, respectivement d’anolyte, dans au moins une partie dudit circuit d’alimentation de catholyte, respectivement d’anolyte, ladite pompe de drainage étant en fonctionnement lorsque la présence de catholyte, respectivement d’anolyte est détectée par le dispositif de mesure, le circuit d’alimentation du catholyte, respectivement de l’anolyte comprenant un dispositif d’autorisation de la circulation ou non du catholyte, respectivement de l’anolyte, du réservoir de catholyte, respectivement d’anolyte, vers les compartiments cathodiques, respectivement anodiques. The invention also relates to a method for producing electricity using one or more flow redox batteries comprising a stack of several electrochemical cells, said electrochemical cells comprising a cathode compartment and an anode compartment, the cathode compartment being in fluidic communication via a supply circuit with one or more electrolyte reservoirs called catholyte, the anode compartment being in fluid communication via a supply circuit with one or more electrolyte reservoirs called anolyte, the circuit for supplying the catholyte, respectively the anolyte, comprising a pump for circulating the catholyte, respectively the anolyte from the reservoir towards the cathodic, respectively anodic compartments, the said system comprising a catholyte drainage pump and a drainage pump for anolyte, the catholyte, respectively anolyte, drainage pump being slaved to a device for measuring the presence of catholyte, respectively anolyte, in at least part of said catholyte, respectively anolyte supply circuit , said drainage pump being in operation when the presence of catholyte, respectively of anolyte, is detected by the measuring device, the supply circuit of the catholyte, respectively of the anolyte comprising a device for authorizing circulation or not from the catholyte, respectively from the anolyte, from the catholyte reservoir, respectively from the anolyte, towards the cathodic, respectively anodic compartments.
Avantageusement, en mode de charge ou décharge des batteries à flux, le catholyte, respectivement l’anolyte, circule du réservoir de catholyte, respectivement d’anolyte, vers les compartiments cathodiques, respectivement anodiques, et avantageusement, en mode pause (standby) des batteries à flux, le catholyte, respectivement l’anolyte, est drainé du circuit d’alimentation du catholyte, respectivement de l’anolyte, et/ou des compartiments cathodiques, respectivement anodiques, vers le réservoir de catholyte, respectivement d’anolyte. Advantageously, in charge or discharge mode of the flow batteries, the catholyte, respectively the anolyte, circulates from the reservoir of catholyte, respectively of anolyte, towards the cathodic compartments, respectively anodic, and advantageously, in pause mode (standby) of the flow batteries, the catholyte, respectively the anolyte, is drained from the supply circuit of the catholyte, respectively of the anolyte, and/or of the cathodic compartments, respectively anodic, towards the reservoir of catholyte, respectively of anolyte.
Selon une variante, en mode de charge ou décharge des batteries à flux le catholyte, respectivement l’anolyte, circule de la sortie du réservoir de catholyte, respectivement d’anolyte, vers les compartiments cathodiques, respectivement anodiques, puis vers l’entrée du réservoir de catholyte, respectivement d’anolyte, et en mode pause (stand-by) des batteries à flux, le catholyte, respectivement l’anolyte, circule du circuit d’alimentation du catholyte, respectivement de l’anolyte, et/ou des compartiments cathodiques, respectivement anodiques, vers une zone à proximité de l’entrée du réservoir de catholyte, respectivement d’anolyte. According to a variant, in the charging or discharging mode of the flow batteries, the catholyte, respectively the anolyte, circulates from the outlet of the catholyte reservoir, respectively of anolyte, towards the cathodic compartments, respectively anodic, then towards the inlet of the reservoir of catholyte, respectively of anolyte, and in pause mode (stand-by) of the flow batteries, the catholyte, respectively the anolyte, circulates from the supply circuit of the catholyte, respectively of the anolyte, and/or of the cathodic compartments, respectively anodic, to a zone close to the inlet of the catholyte reservoir, respectively anolyte.
Selon une variante, en mode pause (stand-by) des batteries à flux, le drainage est activé lorsque le dispositif de mesure détecte la présence, par exemple par une mesure du niveau liquide, de catholyte, respectivement d’anolyte, dans au moins une partie dudit circuit d’alimentation et/ou des compartiments cathodiques, respectivement anodiques. According to a variant, in pause mode (stand-by) of the flow batteries, the drainage is activated when the measuring device detects the presence, for example by measuring the liquid level, of catholyte, respectively of anolyte, in at least part of said power supply circuit and/or cathodic compartments, respectively anodic.
L’invention concerne également un ensemble de cellules électrochimiques compact, comprenant dans un container un système tel que défini selon l’invention ou un système mettant en œuvre un procédé selon l’invention. The invention also relates to a set of compact electrochemical cells, comprising in a container a system as defined according to the invention or a system implementing a method according to the invention.
Avantageusement, l’ensemble de cellules électrochimiques compact est transportable. Ainsi, avantageusement l’invention consiste à effectuer le drainage des stacks de manière mécanique afin de ne pas dépendre de la gravité, en particulier dans un système compact et/ou placé ou destiné à être placé dans un environnement vertical contraint, de préférence transportable. Advantageously, the set of compact electrochemical cells is transportable. Thus, the invention advantageously consists in carrying out the drainage of the stacks mechanically so as not to depend on gravity, in particular in a compact system and/or placed or intended to be placed in a constrained vertical environment, preferably transportable.
Ainsi, selon un mode de réalisation, en mode charge/décharge, une électrovanne trois voies est mise en position pour alimenter le circuit d’alimentation dirigeant ainsi les électrolytes vers les empilements de cellules électrochimiques. Il s’agit alors d’un fonctionnement tout à fait classique pour une batterie à flux. Selon un mode de réalisation, en mode pause (stand-by) l’électrovanne trois voies est mise en position pour alimenter le circuit de drainage. Selon ce mode de réalisation en pause, lorsqu’un capteur de niveau détecte des électrolytes dans une conduite du circuit d’alimentation dans les cellules électrochimiques, la pompe de drainage est mise en fonctionnement pour diriger l’électrolyte ou les électrolytes concernés vers les réservoirs de stockage. Selon ce mode de réalisation en pause, lorsqu’un capteur de niveau ne détecte pas la présence d’électrolytes, la pompe de drainage est en arrêt. Thus, according to one embodiment, in charge/discharge mode, a three-way solenoid valve is placed in position to supply the supply circuit, thus directing the electrolytes towards the stacks of electrochemical cells. It is then a completely classic operation for a flow battery. According to one embodiment, in pause mode (stand-by) the three-way solenoid valve is put in position to supply the drainage circuit. According to this paused embodiment, when a level sensor detects electrolytes in a line of the supply circuit in the electrochemical cells, the drain pump is operated to direct the electrolyte or electrolytes concerned to the reservoirs of storage. According to this embodiment in pause, when a level sensor does not detect the presence of electrolytes, the drain pump is stopped.
Dans la présente description, il est fait référence de manière indifférente aux électrolytes, en particulier au catholyte ou à l’anolyte. Les circuits de chaque électrolyte sont indépendants dans le sens où ils ne communiquent pas, notamment pour séparer physiquement le catholyte de l’anolyte. Ainsi les pompes d’alimentation et les pompes de drainage, les réservoirs d’électrolytes et les compartiments cathodiques, respectivement anodiques, peuvent fonctionner de manière indépendante. Ainsi, chaque mode de réalisation du circuit d’alimentation et/ou de drainage du catholyte peut être indépendant du circuit d’alimentation et/ou de drainage de l’anolyte, dans sa structure et/ou son fonctionnement. Toutefois, selon un mode de réalisation, les structures et fonctionnement de la circulation et/ou du drainage du catholyte et de l’anolyte peuvent être couplés. In the present description, reference is made indifferently to electrolytes, in particular to the catholyte or the anolyte. The circuits of each electrolyte are independent in the sense that they do not communicate, in particular to physically separate the catholyte from the anolyte. Thus the feed pumps and the drainage pumps, the electrolyte reservoirs and the cathode compartments, respectively anode, can operate independently. Thus, each embodiment of the circuit for supplying and/or draining the catholyte can be independent of the circuit for supplying and/or draining the anolyte, in its structure and/or its operation. However, according to one embodiment, the structures and functioning of the circulation and/or the drainage of the catholyte and of the anolyte can be coupled.
L’invention va être décrite plus précisément en relation avec les figures, sans limitation de la portée de l’invention. Dans la présente invention, il est fait référence indépendamment aux différents éléments par leur numéro de référence sur les figures, sans aucune limitation de la portée de l’invention. Les références à un élément avec plusieurs numéros de référence signifient que la description s’applique généralement à l’élément portant le signe de référence. Ainsi par exemple une référence au réservoir 10, 20 signifie que la description s’applique généralement et indépendamment ou simultanément au réservoir 10 et au réservoir 20. The invention will be described more precisely in relation to the figures, without limiting the scope of the invention. In the present invention, reference is made independently to the various elements by their reference number in the figures, without any limitation of the scope of the invention. References to an element with several reference numbers mean that the description generally applies to the element bearing the reference sign. Thus, for example, a reference to reservoir 10, 20 means that the description applies generally and independently or simultaneously to reservoir 10 and reservoir 20.
[Fig 1] La Figure 1 illustre schématiquement un mode de réalisation en fonctionnement en mode marche. Le système comprend un réservoir de catholyte 10, et un réservoir d’anolyte 20. Le réservoir de catholyte 10 est en communication fluidique, via un système d’alimentation 13, avec les compartiments cathodiques d’une pluralité de cellules électrochimiques 30. Le réservoir d’anolyte 20 est en communication fluidique, via un système d’alimentation 23, avec les compartiments anodiques d’une pluralité de cellules électrochimiques 30. Le système d’alimentation 13 du catholyte comprend une pompe d’alimentation 15 et un dispositif d’autorisation du passage du fluide, par exemple d’une électrovanne trois voies 12, dirigeant le catholyte du réservoir 10 vers les cellules électrochimiques 30 en mode de fonctionnement charge/décharge. Le système d’alimentation 23 de l’anolyte comprend une pompe d’alimentation 25 et un dispositif d’autorisation du passage du fluide, par exemple d’une électrovanne trois voies 22, dirigeant l’anolyte du réservoir 20 vers les cellules électrochimiques 30 en mode de fonctionnement charge/décharge. Ce mode permet d’alimenter les stacks (pluralité de cellules électrochimiques 30) en électrolyte permettant ainsi le fonctionnement normal de la batterie en mode charge et décharge. [Fig 1] Figure 1 schematically illustrates an embodiment in on-mode operation. The system comprises a catholyte reservoir 10, and an anolyte reservoir 20. The catholyte reservoir 10 is in fluid communication, via a supply system 13, with the cathode compartments of a plurality of electrochemical cells 30. The reservoir of anolyte 20 is in fluid communication, via a supply system 23, with the anode compartments of a plurality of electrochemical cells 30. The supply system 13 of the catholyte comprises a supply pump 15 and a device for authorization of the passage of the fluid, for example from a three-way solenoid valve 12, directing the catholyte from the reservoir 10 towards the electrochemical cells 30 in charge/discharge operating mode. The anolyte supply system 23 comprises a supply pump 25 and a fluid passage authorization device, for example a three-way solenoid valve 22, directing the anolyte from the reservoir 20 to the electrochemical cells 30 in charge/discharge mode. This mode makes it possible to supply the stacks (plurality of electrochemical cells 30) with electrolyte, thus allowing normal operation of the battery in charge and discharge mode.
[Fig 2] La Figure 2 illustre schématiquement un mode de réalisation en fonctionnement en mode pause (stand-by). En mode pause, les électrovannes 12, 22 de sortie des réservoirs tournent indépendamment de manière à isoler les réservoirs 10, 20, respectivement. L’électrovanne 12, 22 tourne de manière à mettre le catholyte, respectivement l’anolyte, en contact avec une pompe de drainage 14, 24, respectivement. L’alimentation de la pompe de drainage 14, 24 est connectée à un ou plusieurs détecteurs de présence de l’électrolyte considéré, par exemple il s’agit d’un ou plusieurs détecteurs de niveau liquide. Le ou les détecteurs de présence de l’électrolyte peuvent-être typiquement positionnés entre l’électrovanne 12, 22 et la pompe d’alimentation 15, 25, respectivement. De manière générique, chaque pompe de drainage 14, 24 peut-être indépendamment asservie à un ou plusieurs capteurs de présence d’électrolyte. Lorsque le détecteur détecte la présence d’électrolyte résiduel dans un circuit d’alimentation, le détecteur transmet un signal, typiquement via un système de mangement de la batterie (BMS - Battery Managment System, non représenté sur les figures), pour alimenter les pompes de drainage 14, 24 pour sensiblement vider les circuits d’alimentation 13, 23, respectivement et les stacks 30 des électrolytes résiduels. Ce système permet de ne pas avoir à positionner les stacks 30 au-dessus des réservoirs 10,20 pour assurer un drainage et un isolement des stacks 30, ce qui diminue l’autodécharge de la batterie à flux, en particulier lorsque le containeur est compact et/ou placé ou destiné à être placé dans un environnement vertical contraint. [Fig 2] Figure 2 schematically illustrates an embodiment operating in pause mode (stand-by). In pause mode, the tank outlet solenoid valves 12, 22 rotate independently so as to isolate the tanks 10, 20, respectively. The solenoid valve 12, 22 rotates so as to bring the catholyte, respectively the anolyte, into contact with a drainage pump 14, 24, respectively. The supply of the drainage pump 14, 24 is connected to one or more presence detectors of the electrolyte in question, for example it is one or more liquid level detectors. The electrolyte presence detector(s) can typically be positioned between the solenoid valve 12, 22 and the supply pump 15, 25, respectively. In a generic way, each drainage pump 14, 24 can be independently slaved to one or more electrolyte presence sensors. When the detector detects the presence of residual electrolyte in a supply circuit, the detector transmits a signal, typically via a battery management system (BMS - Battery Management System, not shown in the figures), to supply the pumps drainage 14, 24 to substantially empty the supply circuits 13, 23, respectively and the stacks 30 of residual electrolytes. This system makes it possible not to have to position the stacks 30 above the 10.20 tanks to ensure drainage and isolation of the stacks 30, which reduces the self-discharge of the flow battery, in particular when the container is compact. and/or placed or intended to be placed in a constrained vertical environment.
Typiquement, les containers sont de containers 20 pieds, 20 pieds FIC (High Cube), ou 40 pieds. Il peut également s’agir de manière plus générale de container ou environnement contraint en hauteur. Un tel environnement contraint ne permet ainsi pas de positionner les réservoirs d’électrolytes de manière libre, et en particulier en-dessous du niveau des cellules électrochimiques. Typically, containers are 20ft, 20ft FIC (High Cube), or 40ft containers. It can also be more generally container or height constrained environment. Such a constrained environment thus does not allow the electrolyte reservoirs to be positioned freely, and in particular below the level of the electrochemical cells.
Typiquement, selon l’invention, le positionnement dans l’espace des réservoirs d’électrolytes par rapport aux cellules électrochimiques ne permet pas un drainage liquide par gravité du catholyte, respectivement de l’anolyte, contenus dans les cellules électrochimiques. Typically, according to the invention, the spatial positioning of the electrolyte reservoirs relative to the electrochemical cells does not allow liquid drainage by gravity of the catholyte, respectively of the anolyte, contained in the electrochemical cells.
Avantageusement, selon l’invention, les réservoirs d’électrolytes sont positionnés en-dessous du niveau liquide de catholyte, respectivement d’anolyte, contenus dans les cellules électrochimiques. Advantageously, according to the invention, the electrolyte reservoirs are positioned below the liquid level of catholyte, respectively anolyte, contained in the electrochemical cells.
Des expérimentations ont été réalisées. Selon un système de l’art antérieur, sans la mise en œuvre d’un drainage asservi à un détecteur de présence d’électrolyte et l’isolation fluidique des électrolytes, on observe une perte de 420 Ah. Avec un système selon la présente invention, incluant un circuit de drainage asservi à un détecteur de présence d’électrolyte et isolé permet de diminuer la perte à 234 Ah. Les inventeurs ont pu ainsi améliorer la stabilité de stockage du système de batterie rédox en flux en diminuant le phénomène d’autodécharge lors des phases de pause (stand-by). Experiments have been carried out. According to a system of the prior art, without the implementation of a drainage controlled by an electrolyte presence detector and the fluidic isolation of the electrolytes, a loss of 420 Ah is observed. With a system according to the present invention, including a drainage circuit controlled by an electrolyte presence detector and isolated, it is possible to reduce the loss to 234 Ah. The inventors were thus able to improve the storage stability of the flow redox battery system by reducing the phenomenon of self-discharge during the pause phases (stand-by).
On entend par système ou procédé « selon l’invention » ou des termes équivalents, un système ou procédé défini tel que dans la présente invention, y compris selon l’une quelconques des variantes, modes de réalisation particuliers ou spécifiques, indépendamment ou selon l’une quelconque de leurs combinaisons, y compris selon les caractéristiques préférées. The term “system or method according to the invention” or equivalent terms means a system or method defined as in the present invention, including according to any one of the variants, particular or specific embodiments, independently or according to the any combination thereof, including preferred characteristics.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront clairement à l'homme de l'art suite à la lecture de la description explicative qui fait référence aux figures qui sont donnés seulement à titre d'illustration et qui ne sauraient en aucune façon limiter la portée de l'invention. Other aims, characteristics and advantages of the invention will appear clearly to those skilled in the art following reading of the explanatory description which refers to the figures which are given solely by way of illustration and which do not in any way way limit the scope of the invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système comprenant une ou plusieurs batteries rédox à flux comprenant un empilement de plusieurs cellules électrochimiques (30), lesdites cellules électrochimiques (30) comprenant un compartiment cathodique et un compartiment anodique, le compartiment cathodique étant en communication fluidique via un circuit d’alimentation (13) avec un ou plusieurs réservoirs d’électrolyte (10) dit catholyte, le compartiment anodique étant en communication fluidique via un circuit d’alimentation (23) avec un ou plusieurs réservoirs (20) d’électrolyte dit anolyte, le circuit d’alimentation (13, 23) du catholyte, respectivement de l’anolyte, comprenant une pompe de circulation (15, 25) du catholyte, respectivement de l’anolyte, du réservoir (10, 20) vers les compartiments cathodiques, respectivement anodiques, ledit système comprenant une pompe de drainage (14) de catholyte et une pompe de drainage (24) d’anolyte, la pompe de drainage de catholyte, respectivement d’anolyte, étant asservie à un détecteur de présence de catholyte, respectivement d’anolyte, dans au moins une partie dudit circuit d’alimentation (13, 23) de catholyte, respectivement d’anolyte, le circuit d’alimentation (13, 23) du catholyte, respectivement de l’anolyte, comprenant un dispositif (12, 22) d’autorisation de la circulation ou non du catholyte, respectivement de l’anolyte, du réservoir (10, 20) de catholyte, respectivement d’anolyte, vers les compartiments cathodiques, respectivement anodiques. 1. System comprising one or more flow redox batteries comprising a stack of several electrochemical cells (30), said electrochemical cells (30) comprising a cathode compartment and an anode compartment, the cathode compartment being in fluid communication via a supply circuit (13) with one or more electrolyte reservoirs (10) called catholyte, the anode compartment being in fluid communication via a supply circuit (23) with one or more electrolyte reservoirs (20) called anolyte, the circuit supply (13, 23) of the catholyte, respectively of the anolyte, comprising a circulation pump (15, 25) of the catholyte, respectively of the anolyte, from the reservoir (10, 20) to the cathodic compartments, respectively anodic, said system comprising a catholyte drainage pump (14) and an anolyte drainage pump (24), the catholyte, respectively anolyte, drainage pump being slaved to a detector presence of catholyte, respectively anolyte, in at least a part of said supply circuit (13, 23) of catholyte, respectively of anolyte, the supply circuit (13, 23) of the catholyte, respectively of the anolyte, comprising a device (12, 22) for authorizing the circulation or not of the catholyte, respectively of the anolyte, from the reservoir (10, 20) of catholyte, respectively of anolyte, towards the cathodic compartments, respectively anodic .
2. Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le dispositif d’autorisation (12, 22) de la circulation est une électrovanne trois voies reliant soit le réservoir (10, 20) à la pompe de circulation (15, 25), soit reliant les cellules électrochimiques (30) à la pompe de drainage (14, 24). 2. System according to claim 1, characterized in that the circulation authorization device (12, 22) is a three-way solenoid valve connecting either the tank (10, 20) to the circulation pump (15, 25), or connecting the electrochemical cells (30) to the drainage pump (14, 24).
3. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que ladite pompe de drainage (14, 24) est positionnée sur un circuit au moins en partie dédié au drainage du catholyte, respectivement de l’anolyte, dit circuit de drainage. 3. System according to any one of claims 1 to 2, characterized in that said drainage pump (14, 24) is positioned on a circuit at least partly dedicated to the drainage of the catholyte, respectively of the anolyte, said circuit drainage.
4. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite pompe de circulation (15, 25) est positionnée sur un circuit au moins en partie dédié à la circulation du catholyte, respectivement de l’anolyte, vers les cellules électrochimiques, dit circuit d’alimentation (13, 23). 4. System according to any one of claims 1 to 3, characterized in that said circulation pump (15, 25) is positioned on a circuit at least partly dedicated to the circulation of the catholyte, respectively of the anolyte, towards the electrochemical cells, said supply circuit (13, 23).
5. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit détecteur de présence de catholyte, respectivement d’anolyte est un dispositif de mesure du niveau liquide du catholyte, respectivement de l’anolyte, dans au moins une partie dudit circuit d’alimentation et/ou des compartiments cathodiques, respectivement anodiques. 5. System according to any one of claims 1 to 4, characterized in that said catholyte presence detector, respectively anolyte is a device for measuring the liquid level of the catholyte, respectively of the anolyte, in at least a part of said supply circuit and/or of the cathodic compartments, respectively anodic.
6. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lorsque le dispositif de mesure détecte la présence du catholyte, respectivement de l’anolyte, la pompe de drainage du catholyte, respectivement de l’anolyte, est en fonctionnement et le catholyte, respectivement l’anolyte, circule dans le circuit de drainage du catholyte, respectivement de l’anolyte, et alimente l’entrée du réservoir du catholyte, respectivement de l’anolyte. 6. System according to any one of claims 1 to 5, characterized in that when the measuring device detects the presence of the catholyte, respectively of the anolyte, the drainage pump of the catholyte, respectively of the anolyte, is in functioning and the catholyte, respectively the anolyte, circulates in the drainage circuit of the catholyte, respectively of the anolyte, and feeds the inlet of the reservoir of the catholyte, respectively of the anolyte.
7. Procédé de production d’électricité mettant en œuvre un système comprenant une ou plusieurs batteries rédox à flux comprenant un empilement de plusieurs cellules électrochimiques, lesdites cellules électrochimiques comprenant un compartiment cathodique et un compartiment anodique, le compartiment cathodique étant en communication fluidique via un circuit d’alimentation avec un ou plusieurs réservoirs d’électrolyte dit catholyte, le compartiment anodique étant en communication fluidique via un circuit d’alimentation avec un ou plusieurs réservoirs d’électrolyte dit anolyte, le circuit d’alimentation du catholyte, respectivement de l’anolyte, comprenant une pompe de circulation du catholyte, respectivement de l’anolyte du réservoir vers les compartiments cathodiques, respectivement anodiques, ledit système comprenant une pompe de drainage de catholyte et une pompe de drainage d’anolyte, la pompe de drainage de catholyte, respectivement d’anolyte, étant asservie à un dispositif de mesure de la présence de catholyte, respectivement d’anolyte, dans au moins une partie dudit circuit d’alimentation de catholyte, respectivement d’anolyte, ladite pompe de drainage étant en fonctionnement lorsque la présence de catholyte, respectivement d’anolyte est détectée par le dispositif de mesure, le circuit d’alimentation du catholyte, respectivement de l’anolyte comprenant un dispositif d’autorisation de la circulation ou non du catholyte, respectivement de l’anolyte, du réservoir de catholyte, respectivement d’anolyte, vers les compartiments cathodiques, respectivement anodiques. 7. Method for producing electricity implementing a system comprising one or more flow redox batteries comprising a stack of several electrochemical cells, said electrochemical cells comprising a cathode compartment and an anode compartment, the cathode compartment being in fluid communication via a supply circuit with one or more electrolyte reservoirs called catholyte, the anode compartment being in fluid communication via a supply circuit with one or more electrolyte reservoirs called anolyte, the catholyte supply circuit, respectively anolyte, comprising a circulation pump for the catholyte, respectively the anolyte from the reservoir towards the cathode, respectively anodic compartments, said system comprising a catholyte drainage pump and an anolyte drainage pump, the catholyte drainage pump , respectively of anolyte, being slaved to a measuring device re of the presence of catholyte, respectively anolyte, in at least part of said catholyte, respectively anolyte supply circuit, said drainage pump being in operation when the presence of catholyte, respectively anolyte is detected by the measuring device, the supply circuit of the catholyte, respectively of the anolyte comprising a device for authorizing the circulation or not of the catholyte, respectively of the anolyte, from the reservoir of catholyte, respectively of anolyte, towards the cathode compartments, respectively anodic.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu’en mode de charge ou décharge des batteries à flux, le catholyte, respectivement l’anolyte, circule du réservoir de catholyte, respectivement d’anolyte, vers les compartiments cathodiques, respectivement anodiques, et en ce qu’en mode pause (standby) des batteries à flux, le catholyte, respectivement l’anolyte, est drainé du circuit d’alimentation du catholyte, respectivement de l’anolyte, et/ou des compartiments cathodiques, respectivement anodiques, vers le réservoir de catholyte, respectivement d’anolyte. 8. Method according to claim 7, characterized in that in charging or discharging mode of the flow batteries, the catholyte, respectively the anolyte, circulates from the reservoir of catholyte, respectively of anolyte, towards the cathodic compartments, respectively anodic , and in that in the pause mode (standby) of the flow batteries, the catholyte, respectively the anolyte, is drained from the supply circuit of the catholyte, respectively of the anolyte, and/or of the cathodic compartments, respectively anodic, towards the reservoir of catholyte, respectively of anolyte.
9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu’en mode de charge ou décharge des batteries à flux le catholyte, respectivement l’anolyte circule de la sortie du réservoir de catholyte, respectivement d’anolyte, vers les compartiments cathodiques, respectivement anodiques, puis vers l’entrée du réservoir de catholyte, respectivement d’anolyte, et en ce qu’en mode pause (stand-by) des batteries à flux, le catholyte, respectivement l’anolyte, circule du circuit d’alimentation du catholyte, respectivement de l’anolyte, et/ou des compartiments cathodiques, respectivement anodiques, vers une zone à proximité de l’entrée du réservoir de catholyte, respectivement d’anolyte. 9. Method according to claim 7 or 8, characterized in that in charging or discharging mode of the flow batteries the catholyte, respectively the anolyte circulates from the outlet of the catholyte reservoir, respectively of anolyte, towards the cathode compartments , respectively anodic, then to the inlet of the catholyte, respectively anolyte, reservoir, and in that in the pause mode (stand-by) of the flow batteries, the catholyte, respectively the anolyte, circulates from the circuit of supply of the catholyte, respectively of the anolyte, and/or of the cathodic compartments, respectively anodic, towards a zone close to the inlet of the reservoir of catholyte, respectively of anolyte.
10. Procédé selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce le qu’en mode pause (stand-by) des batteries à flux, le drainage est activé lorsque le dispositif de mesure détecte la présence, par exemple par une mesure du niveau liquide, de catholyte, respectivement d’anolyte, dans au moins une partie dudit circuit d’alimentation et/ou des compartiments cathodiques, respectivement anodiques. 10. Method according to any one of claims 7 to 9, characterized in that in the pause mode (stand-by) of the flow batteries, the drainage is activated when the measuring device detects the presence, for example by a measurement of the liquid level, of catholyte, respectively of anolyte, in at least a part of said supply circuit and/or of the cathodic compartments, respectively anodic.
11. Ensemble de cellules électrochimiques compact, comprenant dans un container un système tel que défini selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 ou un système mettant en œuvre un procédé selon l’une quelconque des revendications 7 à 10. 11. Set of compact electrochemical cells, comprising in a container a system as defined according to any one of claims 1 to 6 or a system implementing a method according to any one of claims 7 to 10.
12. Ensemble selon la revendication 11 , caractérisé en ce qu’il est transportable. 12. Assembly according to claim 11, characterized in that it is transportable.
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