FR3063332A1

FR3063332A1 - Dispositif de stockage d'hydrogene

Info

Publication number: FR3063332A1
Application number: FR1751485A
Authority: FR
Inventors: Michael Francis Levy; Jorn Oubraham; Carsten Pohlmann; Jean-Baptiste Dementhon
Original assignee: Aaqius and Aaqius SA
Current assignee: Aaqius and Aaqius SA
Priority date: 2017-02-24
Filing date: 2017-02-24
Publication date: 2018-08-31
Anticipated expiration: 2037-02-24
Also published as: FR3063332B1; WO2018154051A1; CN110546425B; TW201837361A; CN110546425A

Abstract

Dispositif (100) de stockage d'hydrogène comprenant : - un premier matériau (111) de stockage d'hydrogène par sorption, - un deuxième matériau (112, 121) de stockage réversible d'hydrogène par sorption, et - une chambre (110) au sein de laquelle le premier matériau (111) est disposé, dans lequel - le premier matériau a, pour une même température et un même taux de charge en hydrogène, une pression d'équilibre de désorption strictement supérieure à celle du deuxième matériau, et - le deuxième matériau est en communication fluidique avec le premier matériau, ladite communication fluidique étant directe ou se faisant par l'intermédiaire de moyens de communication fluidique, de sorte que le deuxième matériau permet de limiter la pression au sein de la chambre.

Description

(57) Dispositif (100) de stockage d'hydrogène comprenant:

- un premier matériau (111) de stockage d'hydrogène par sorption,

- un deuxième matériau (112, 121) de stockage réversible d'hydrogène par sorption, et

- une chambre (110) au sein de laquelle le premier matériau (111) est disposé, dans lequel

- le premier matériau a, pour une même température et un même taux de charge en hydrogène, une pression d'équilibre de désorption strictement supérieure à celle du deuxième matériau, et

- le deuxième matériau est en communication fluidique avec le premier matériau, ladite communication fluidique étant directe ou se faisant par l'intermédiaire de moyens de communication fluidique, de sorte que le deuxième matériau permet de limiter la pression au sein de la chambre.

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DISPOSITIF DE STOCKAGE D’HYDROGENE

Domaine de l’invention

L’invention concerne un dispositif de stockage d’hydrogène. L’invention concerne également un système et un procédé associés.

Etat de l’art

II existe des dispositifs de stockage d’hydrogène. Ces dispositifs peuvent comprendre un matériau solide permettant de stocker l’hydrogène.

Ces dispositifs doivent obéir à de multiples contraintes, liées à l’utilisation à laquelle ils sont destinés, par exemple des conditions de stockage ou d’utilisation particulières, par exemple une utilisation dans un véhicule à moteur et/ou pour alimenter une pile à combustible, à des températures ambiantes variables, par exemple relativement basses.

Une capacité de stockage et un débit suffisants pour assurer l’utilisation envisagée sont donc requis. Cependant le stockage d’une grande quantité d’hydrogène peut poser des problèmes de sécurité, notamment lorsque le dispositif doit pouvoir être utilisé ou être stocké sous des températures élevées. II est possible de concevoir un tel dispositif en cherchant à renforcer ses parois pour leur permettre de résister à des pressions auxquelles elles peuvent être soumises, par exemple à haute température. Cependant ceci pose des problèmes de coût de fabrication et de poids élevé du dispositif, alors qu’un risque de sécurité perdure.

Résumé de l’invention

Un but de l’invention est de fournir un dispositif de stockage qui résout au moins l’un des inconvénients de l’art antérieur.

Un but de l’invention est en particulier de fournir un système efficace et sécurisé.

A cet effet, il est prévu un dispositif de stockage d’hydrogène comprenant :

un premier matériau de stockage d’hydrogène par sorption, un deuxième matériau de stockage réversible d’hydrogène par sorption, et une chambre, dite première chambre, au sein de laquelle le premier matériau est disposé, dans lequel le premier matériau a, pour une même température et un même taux de charge en hydrogène, une pression d’équilibre de désorption strictement supérieure à celle du deuxième matériau, et le deuxième matériau est en communication fluidique avec le premier matériau, ladite communication fluidique étant directe ou se faisant par l’intermédiaire de moyens de communication fluidique, de sorte que le deuxième matériau permet de limiter la pression au sein de la première chambre.

Ces caractéristiques sont avantageusement complétées par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leurs combinaisons techniquement possibles :

- le premier matériau et le deuxième matériau sont maintenus en permanence en communication fluidique,

- le deuxième matériau est disposé au sein de la première chambre,

- un troisième matériau de stockage réversible d’hydrogène par sorption, le premier matériau ayant, pour une même température et un même taux de charge, une pression d’équilibre de désorption strictement supérieure à celle du troisième matériau, le dispositif comprenant une deuxième chambre au sein de laquelle le troisième matériau est disposé, le dispositif comprenant une valve anti-retour, dite première valve-anti-retour, adaptée pour permettre le passage d’un flux d’hydrogène de la première chambre vers la deuxième chambre,

- une deuxième chambre au sein de laquelle le deuxième matériau est disposé, le dispositif comprenant une première valve-anti-retour adaptée pour permettre le passage d’un flux d’hydrogène de la première chambre vers la deuxième chambre,

- la première valve-anti-retour est adaptée pour permettre le passage d’un flux d’hydrogène de la première chambre vers la deuxième chambre lorsque la pression dans la première chambre dépasse une pression d’ouverture,

- une deuxième valve anti-retour adaptée pour permettre le passage d’un flux d’hydrogène de la deuxième chambre vers la première chambre lorsque la pression dans la deuxième chambre dépasse la pression dans la première chambre,

- le premier matériau et le deuxième matériau sont adaptés pour fournir un flux d’hydrogène suffisant pour le démarrage et/ou le fonctionnement d’une unité d’utilisation d’hydrogène, en particulier pour une pression d’entrée de l’unité supérieure ou égale à 1,5 bars, en particulier à 2,5 bars, en particulier à 5 bars, en particulier à 10 bars,

- le premier matériau et/ou le deuxième matériau et/ou le troisième matériau est adapté pour former un hydrure métallique,

- une valve de surpression adaptée pour permettre l’échappement de gaz, en particulier au-delà d’une pression de seuil, en particulier comprise entre 20 et 90 bars,

- des moyens de chauffage du premier matériau et/ou du deuxième matériau et/ou du troisième matériau,

- le premier matériau est plus proche des moyens de chauffage que le deuxième matériau.

L’invention concerne également un système de stockage et de fourniture d’hydrogène comprenant un tel dispositif et une unité d’utilisation d’hydrogène.

- des moyens de commande adaptés pour commander le dispositif,

L’invention concerne en outre un procédé de fonctionnement d’un tel dispositif ou d’un tel système.

Brève description des figures

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront lors de la description ci-après d’un mode de réalisation. Aux dessins annexés :

- la figure 1 représente un dispositif selon un exemple de mode de réalisation de l’invention,

- la figure 2 représente sous forme de diagramme des isothermes de pression en bar en fonction de la concentration en hydrogène selon un exemple de mode de réalisation de l’invention,

- la figure 3 représente sous forme de diagramme la pression, la température et le taux de charge en fonction du temps selon un exemple de mode de réalisation de l’invention,

- la figure 4 représente un dispositif selon un exemple de mode de réalisation de l’invention,

- la figure 5 représente sous forme de diagramme des isothermes de pression en bar en fonction de la concentration en hydrogène selon un exemple de mode de réalisation de l’invention,

- la figure 6 représente sous forme de diagramme des isothermes de pression en bar en fonction de la concentration en hydrogène selon un exemple de mode de réalisation de l’invention,

- la figure 7 représente sous forme de diagramme des isothermes de pression en bar en fonction de la concentration en hydrogène selon un exemple de mode de réalisation de l’invention,

- la figure 8 représente sous forme de diagramme des isothermes de pression en bar en fonction de la concentration en hydrogène selon un exemple de mode de réalisation de l’invention,

- la figure 9 représente sous forme de diagramme la pression en fonction de la température selon un exemple de mode de réalisation de l’invention,

- la figure 10 représente un dispositif selon un exemple de mode de réalisation de l’invention,

- la figure 11 représente un système selon un exemple de mode de réalisation de l’invention,

- la figure 12 représente un procédé selon un exemple de mode de réalisation de l’invention.

Description détaillée de l’invention

Dispositif de stockage d’hydrogène

Présentation générale

En référence aux figures 1, 4 et 10, il est décrit un dispositif 100 de stockage d’hydrogène.

Le dispositif 100 est par exemple adapté pour fournir de l’hydrogène à une unité d’utilisation d’hydrogène telle que décrite ci-après. Le dispositif 100 est par exemple configuré pour faire partie d’un système tel que décrit ci-après. Le dispositif 100 est par exemple configuré pour former un dispositif échangeable et/ou amovible du système tel que décrit ci-après. Le dispositif forme par exemple une cartouche.

Premier matériau

Le dispositif 100 comprend un premier matériau 111 de stockage d’hydrogène. Le premier matériau 111 est par exemple un matériau de stockage d’hydrogène, par exemple par sorption.

Par sorption, on entend le processus par lequel une substance est adsorbée ou absorbée sur ou dans une autre substance. Par absorption, on entend la capacité d’un matériau à retenir des molécules dans son volume. Par adsorption, on entend la capacité d'un matériau à retenir des molécules à sa surface.

Le premier matériau 111 peut être un matériau solide ou sous forme de gel. Le premier matériau 111 peut être un matériau de stockage réversible. Le premier matériau 111 peut être un matériau de stockage par adsorption et/ou absorption. Le premier matériau 111 peut être un matériau de stockage par hydruration et/ou déshydruration.

Sauf mention contraire, les termes premier, deuxième et autres ordinaux sont utilisés simplement pour lister des éléments et ne préjugent pas d’un ordre entre ces éléments.

Première chambre

Le dispositif comprend une première chambre 110. Le premier matériau 111 est par exemple disposé au sein de la première chambre 110.

La première chambre 110 peut comprendre une ou plusieurs parois et/ou cloisons. La première chambre 110 peut former un ou plusieurs compartiment(s).

Deuxième matériau

Le dispositif 100 comprend un deuxième matériau 112 et/ou 121 de stockage d’hydrogène. Le deuxième matériau est par exemple un matériau de stockage réversible d’hydrogène, par exemple par sorption.

Le deuxième matériau peut être un matériau solide ou sous forme de gel. Le deuxième matériau peut être un matériau de stockage par adsorption et/ou absorption. Le deuxième matériau peut être un matériau de stockage par hydruration et/ou déshydruration.

Par réversible, on entend qu’un matériau initialement chargé et qui a été au moins partiellement déchargé peut être au moins partiellement rechargé dans le milieu dans lequel est placé le matériau, par exemple un milieu constitué de dihydrogène gazeux.

On peut par convention définir le rechargement partiel comme étant un rechargement à une pression inférieure ou égale à 200 bars, dans une plage de température adaptée pour le rechargement du matériau, par exemple à une température optimale pour le rechargement du matériau à la pression considérée, par exemple de sorte à atteindre un taux de charge donné, par exemple 50%, par exemple de sorte à augmenter le taux de charge d’un pourcentage donné par exemple d’au moins 10%.

Le premier matériau 111 diffère par exemple du deuxième matériau par ses propriétés thermodynamiques pour la sorption de l'hydrogène.

Limitation de la pression au sein de la première chambre

Le premier matériau 111 a, par exemple pour une même température et pour un même taux de charge en hydrogène, une pression d’équilibre de désorption en hydrogène strictement supérieure à celle du deuxième matériau, et le deuxième matériau est en communication fluidique avec le premier matériau, ladite communication fluidique étant par exemple directe ou se faisant par l’intermédiaire de moyens de communication fluidique, de sorte que le deuxième matériau permet de limiter la pression au sein de la première chambre.

En effet, ces différences de propriétés thermodynamiques permettent au deuxième matériau d’avoir un effet sur la pression de la première chambre et de la limiter.

Par exemple, le deuxième matériau peut ainsi de par sa présence capter et/ou stocker une partie de l’hydrogène qui serait autrement capté et/ou stocké par le premier matériau à chaque fois que de l’hydrogène doit être réparti dans le dispositif, ce qui limite le taux de charge du premier matériau et donc la pression associée au premier matériau.

Alternativement ou en complément, le deuxième matériau peut permettre de stocker de manière réversible de l’hydrogène désorbé par le premier matériau, et/ou d’échanger de l’hydrogène avec le premier matériau.

Le dispositif, par exemple le premier matériau 111 et le deuxième matériau 121, peut ainsi être agencé de sorte à limiter la quantité d’hydrogène gazeux et donc de limiter la pression au sein de la première chambre 110, par exemple lorsque la première chambre 110 est soumise à une montée en température.

II est ainsi possible d’obtenir un dispositif présentant une capacité de stockage satisfaisante et pouvant fournir de l’hydrogène à un débit et une pression satisfaisantes, même en cas de démarrage à des températures ambiantes basses, sans présenter de risque de sécurité, notamment lorsqu’il est stocké dans une zone où la température augmente anormalement.

Par basse température, on entend par exemple une température inférieure ou égale à 10°C, par exemple à 0°C, par exemple à -5°C, par exemple à -10°C, par exemple à -20°C.

Il est ainsi possible de mettre en oeuvre un système qui ne repose pas uniquement sur de faibles pressions d’équilibre, ce qui limiterait la pression et le débit de fourniture d’hydrogène, la quantité pouvant être effectivement fournie, et/ou les conditions de fonctionnement. En outre, l’usage uniquement de matériaux à faibles pressions d’équilibre provoquerait un risque de vide à basse température, et donc un risque accru de contamination, et donc de sécurité.

Un tel dispositif permet également de se passer de soupape de sûreté, ou du moins d’en limiter l’usage à des cas extrêmes. Ceci permet d’éviter ou de limiter les inconvénients associés à une telle soupape, tels que des pertes d’hydrogène dès que la température augmente, les risques de sécurité qu’impliquent de tels dégagements d’hydrogène, et les risques liés au défaut de fonctionnement de telles soupapes, et les opérations de maintenance sur de telles soupapes qui seraient nécessaires, ainsi que les risques de défaut de fonctionnement de telles soupapes liées au rejet de matières solides lors du rejet d'hydrogène. Un tel dispositif permet également de s’affranchir de conditions contraignantes de stockage et de transport, notamment en termes de température. Ceci permet d’éviter ou de limiter les inconvénients associés à de telles contraintes, telles que la complexité de mettre en oeuvre ces conditions depuis la fabrication jusqu’à l’utilisation du dispositif alors que des domaines d’application tels que le domaine automobile sont déjà soumis à de nombreuses règles, telles que les limites des possibilités de transport, notamment par voie maritime ou terrestre, où des températures élevées peuvent avoir à être tolérées, telles que des risques additionnels dans le cas de soumission ίο accidentelle du dispositif à des températures très importantes comme en cas d’incendie et telles que la limitation des possibilités logistiques de déploiement des dispositifs de stockage et donc de leur mise à disposition.

Un tel dispositif est également plus avantageux qu’un conteneur spécialement renforcé pour offrir une plus grande stabilité. En effet, il est ainsi possible d’éviter une réduction drastique de la capacité de stockage gravimétrique, une réduction de la capacité de stockage volumétrique, et une réduction d’efficacité et du transfert de chaleur résultant du chauffage d’une plus grande quantité de matière sans fonction de stockage. En outre, il est ainsi possible d’éviter l’importante augmentation de masse associée aux conteneurs spécialement renforcés et les inconvénients qu’elle présente pour l’utilisateur, ainsi que la nécessité de dimensionner également l’entrée et/ou la sortie du dispositif pour résister aux conditions envisagées, notamment à des pressions élevées.

Un tel dispositif est également plus avantageux que de réaliser un dispositif avec un volume additionnel non occupé par un matériau de stockage. En effet, il est ainsi possible d’éviter une réduction drastique de la capacité de stockage volumétrique et une réduction de la capacité de de stockage gravimétrique. Il est ainsi possible de proposer une solution plus avantageuse, le volume additionnel n’offrant qu’un avantage limité en termes de réduction de pression de par la faible densité de l’hydrogène gazeux. En outre, il est ainsi possible d’éviter l’augmentation de masse et de volume associée à un conteneur ayant un plus grand volume interne et les inconvénients qu’elle présente pour l’utilisateur.

Un tel dispositif permet ainsi une meilleure tolérance aux températures élevées et/ou une meilleure sécurité lors du stockage tout en restant performant en termes de fourniture d’hydrogène et de chargement.

Par la même température et le même taux de charge, on entend une température donnée et un taux de charge donné.

La même température est par exemple comprise entre 40°C et 60°C, par exemple égale à 50°C.

Le même taux de charge est par exemple compris entre 40% et 60%, par exemple sensiblement égal à 50 %.

Le taux de charge est par exemple exprimé en pourcentage.

Le taux de charge peut être défini comme le ratio de la masse d'hydrogène introduite dans le système sur la masse maximum d'hydrogène que le système peut contenir, à la température donnée.

On peut, par convention, définir que la masse maximum, et donc le taux de charge, est calculé à une pression de référence, par exemple 200 bars.

Le premier matériau 111a par exemple une pression d’équilibre de désorption à 50°C, à un taux de charge de 50% à 50°C, strictement supérieure à celle du deuxième matériau.

Par pression d’équilibre de désorption d’un matériau à une température donnée et à un taux de charge donné, on entend la pression minimum de gaz exercée sur le matériau pour laquelle il n'y a pas de libération d’hydrogène. A une pression infinitésimalement inferieure, de l’hydrogène est libéré.

Par pression d’équilibre de d’absorption ou d’adsorption d’un matériau à une température donnée et à un taux de charge donné, on entend la pression maximum de gaz exercée sur le matériau pour laquelle il n'y a pas d’absorption ou adsorption d’hydrogène. A une pression infinitésimalement supérieure, de l’hydrogène est absorbé ou adsorbé.

La pression d’équilibre de désorption est par exemple une pression d’équilibre de déshydruration.

Par exemple, le premier matériau 111 a, pour une même température et pour un même taux de charge, une pression d’équilibre de désorption et/ou d’adsorption et/ou d’absorption, par exemple de déshydruration et/ou d’hydruration, strictement supérieure à celle du deuxième matériau, par exemple d’au moins 1 mbar, par exemple d’au moins 10 mbar, par exemple d’au moins 100 mbar, par exemple d’au moins 1 bar.

Par communication fluidique directe entre deux matériaux de stockage d’hydrogène, on entend par exemple que les deux matériaux peuvent être en contact ou mis en contact, ou qu’ils peuvent être disposés à distance l’un de l’autre dans le même espace sans obstacle empêchant la circulation de gaz, par exemple d’hydrogène, entre les deux matériaux.

Par moyens de communication fluidique entre deux matériaux, on entend toute structure permettant de mettre en oeuvre une communication fluidique entre les deux matériaux, la communication fluidique pouvant être ou non permanente. Les moyens de communication fluidique comprennent par exemple une ou plusieurs canalisation(s) et/ou une ou plusieurs valve(s) connectées de sorte à relier les deux matériaux.

Enceinte externe

Le dispositif 100 comprend par exemple une enceinte externe 130, qui forme par exemple une enveloppe externe du dispositif. Le premier matériau 111 et/ou le deuxième matériau 112 et/ou 121, et/ou la première chambre 110 est ou sont par exemple disposé(e)(s) à l’intérieur de l’enceinte externe 130. L’enceinte externe 130 s’étend par exemple autour du premier matériau 111 et/ou du deuxième matériau 112 et/ou 121, et/ou de la première chambre 110. L’enceinte externe 130 forme par exemple un conteneur.

Conditions d’utilisation

Le premier matériau 111 et le deuxième matériau peuvent présenter des isothermes pression/concentration différents, par exemple tels qu’illustrés à la figure 2.

Le premier matériau 111 et le deuxième matériau sont par exemple adaptés, par exemple ajustés l’un par rapport à l’autre, pour fournir un flux d’hydrogène suffisant pour le démarrage et/ou le fonctionnement de l’unité d’utilisation d’hydrogène, par exemple à basse température, par exemple pour une pression d’entrée d’unité d’utilisation supérieure ou égale à 1,5 bars, par exemple à 2,5 bars, par exemple à 5 bars, par exemple à 10 bars.

Le premier matériau 111 et le deuxième matériau sont par exemple adaptés, par exemple ajustés l’un par rapport à l’autre, pour limiter l’augmentation de pression et/ou la pression à haute température, par exemple à une pression inférieure ou égale à 90 bars, par exemple à 60 bars, par exemple supérieure ou égale à 20 bars, par exemple à 30 bars, par exemple d’environ 35 bars, par exemple lors du stockage du dispositif. En particulier, la pression d’équilibre de désorption du premier matériau 111 et la pression d’équilibre de désorption du deuxième matériau, par exemple pour une même température et/ou pour un même taux de charge, sont par exemple adaptées, par exemple ajustées l’une par rapport à l’autre, pour fournir un tel flux d’hydrogène suffisant et/ou une telle limitation.

Par haute température, on entend par exemple une température strictement supérieure à la basse température, par exemple une température maximale d’utilisation du dispositif. Par température maximale du dispositif, on entend par exemple une température à laquelle le dispositif n’est pas endommagé lorsqu’il est placé en fonctionnement. La haute température et/ou la température maximale est par exemple une température supérieure ou égale à 40°C, par exemple à 50°C, par exemple à 60°C, par exemple à 70°C, par exemple inférieure ou égale à 100°C, par exemple à 90°C, par exemple environ 80°C.

Hydrure

Le premier matériau 111 et/ou le deuxième matériau comprend ou est un matériau de stockage d’hydrogène, par exemple adapté pour former un hydrure, par exemple un hydrure métallique.

Le premier matériau 111 et/ou le deuxième matériau comprend ou est par exemple un alliage métallique, par exemple adapté pour former un hydrure, par exemple à température ambiante.

Le premier matériau 111 et/ou le deuxième matériau comprend par exemple une poudre.

Le premier matériau 111 et/ou le deuxième matériau 121 peut comprendre ou être constitué d’un alliage métallique, par exemple un composé intermétallique, de type A_nB_m, où A et B sont des éléments chimiques métalliques, et n et m des entiers naturels supérieurs ou égaux à 1, par exemple de type AB_m, par exemple AB2 ou AB5, par exemple de type A_nB, par exemple A2B, par exemple AB.

Le premier matériau 111 et/ou le deuxième matériau peut comprendre ou être constitué d’un alliage métallique, par exemple un composé intermétallique, comprenant du fer et/ou du vanadium et/ou du titane et/ou du zirconium et/ou du magnésium. Le premier matériau 111 et/ou le deuxième matériau peut comprendre ou être constitué d’au moins un alliage de type LaNis et/ou FeTi et/ou TiCr et/ou TiV et/ou TiZr et/ou TiMn2 et/ou Mg, et/ou le ou les hydrure(s) correspondant(s). Le premier matériau 111 et/ou le deuxième matériau 121 peut également comprendre ou être constitué d’au moins un hydrure de type NaAlFL et/ou L1NH2 et/ou L1BH4 et/ou MgH2, la ou les forme(s) déshydrogénée(s) correspondante(s). Le premier matériau 111 et/ou le deuxième matériau peut comprendre ou être constitué d’un alliage de type Ti(i-_y)Zr_y(MnVFe)2 avec y supérieur ou égal à 0 et y inférieur ou égal à 1. En particulier le premier matériau 111 et le deuxième matériau peut comprendre ou être constitué d’un tel alliage, le premier matériau 111 ayant une fraction massique en zirconium strictement inférieure à celle du deuxième matériau. Par exemple, la base de l’alliage du premier matériau 111 diffère de la base de l’alliage du deuxième matériau. Par exemple, la base de l’alliage du premier matériau 111 et la base de l’alliage du deuxième matériau sont identiques, le premier matériau 111 et le deuxième matériau différant par au moins un élément d’alliage.

Moyens de chauffage

Le dispositif 100 peut comprendre des moyens de chauffage 213 du premier matériau 111 et/ou du deuxième matériau et/ou d’un troisième matériau décrit ci-après. Alternativement ou en complément, le dispositif peut être adapté pour permettre le chauffage du premier matériau 111 et/ou du deuxième matériau et/ou du troisième matériau par des moyens de chauffage 213 du système. Les moyens de chauffage 213 sont par exemple adaptés pour chauffer le premier matériau 111 et/ou le deuxième matériau et/ou le troisième matériau à une température d’opération du premier matériau 111 et/ou du deuxième matériau et/ou du troisième matériau.

Le dispositif peut comprendre un ou plusieurs matériaux améliorant le transfert thermique et/ou la conservation des performances au cours des cycles et/ou la perméabilité et/ou d’autres fonctions pertinentes pour l’application envisagée.

Le premier matériau 111 est par exemple plus proche des moyens de chauffage 213 que le deuxième matériau. Le premier matériau 111 est par exemple disposé entre les moyens de chauffage 213 et le deuxième matériau. II est ainsi possible de chauffer en priorité le premier matériau

111.

Les moyens de chauffage comprennent par exemple une unité de chauffage, par exemple au moins une résistance et/ou un échangeur de chaleur.

Moyens d’entré et/ou de sortie d’hydrogène

Le dispositif 100 peut comprendre des moyens d’entrée et/ou de sortie d’hydrogène 160, par exemple pour charger de l’hydrogène gazeux et/ou de sortie d’hydrogène 160, par exemple pour décharger de l’hydrogène gazeux.

Les moyens d’entrée et/ou de sortie d’hydrogène 160 comprennent par exemple une valve d’entrée et/ou de sortie.

Les moyens d’entrée et/ou de sortie d’hydrogène 160 sont par exemple maintenus en permanence en communication fluidique avec la première chambre 110 et/ou avec le premier matériau 111. Les moyens d’entrée et/ou de sortie d’hydrogène 160 sont par exemple disposés au niveau de la première chambre 110 et/ou au niveau du premier matériau

111.

Les moyens d’entrée et/ou de sortie d’hydrogène 160 sont par exemple mobiles entre une position ouverte, dans laquelle de l’hydrogène peut entrer et/ou sortir du dispositif par lesdits moyens, et une position fermée, dans laquelle de l’hydrogène ne peut pas entrer et/ou sortir du dispositif par lesdits moyens.

Première valve de surpression

Le dispositif 100 peut comprendre une première valve de surpression adaptée pour permettre l’échappement de gaz, par exemple d’hydrogène gazeux, par exemple depuis le dispositif 100, par exemple depuis la première chambre 110, par exemple vers l’extérieur du dispositif, par exemple vers l’extérieur de l’enceinte externe 130, par exemple de sorte à limiter la pression du dispositif et/ou à éviter une surpression du dispositif 100, par exemple au-delà d’une première pression de seuil, par exemple supérieure ou égale à une pression critique et/ou à une pression d’ouverture telles que définies ci-après, et/ou inférieure ou égale à une pression maximale du dispositif 100 telle que définie ci-après. La première pression de seuil est par exemple inférieure ou égale à 90 bars, par exemple à 60 bars, par exemple supérieure ou égale à 20 bars, par exemple à 30 bars, par exemple d’environ 35 bars.

Premier mode de réalisation

En référence à la figure 1, il est décrit un exemple du dispositif 100.

Le premier matériau 111 et le deuxième matériau 112 sont par exemple maintenus en permanence en communication fluidique.

II est ainsi possible d’obtenir un dispositif adapté pour fournir un débit d’hydrogène suffisant pour le fonctionnement d’une unité d’utilisation, même à des températures basses, par exemple au moyen du premier matériau, et qui maintient lors de son stockage une pression relativement basse même à haute température, par exemple au moyen du deuxième matériau.

II est ainsi possible d’améliorer la taille et l’encombrement du dispositif. En outre, un tel dispositif présente une structure ayant un coût de fabrication moindre en raison de sa structure simplifiée à une chambre.

Le deuxième matériau peut ainsi de par sa présence capter et/ou stocker une partie de l’hydrogène qui serait autrement capté et/ou stocké par le premier matériau à chaque fois que de l’hydrogène doit être réparti dans le dispositif, ce qui limite le taux de charge du premier matériau et donc la pression associée au premier matériau.

II est ainsi possible d’obtenir une structure où l’hydrogène est toujours stocké dans les deux matériaux, la limitation de pression résultant de leur mélange.

En effet, de par sa pression d’équilibre strictement inférieure, le deuxième matériau présente lors du stockage un taux de chargement plus élevé en hydrogène que le premier matériau. Ainsi, par rapport à un dispositif où l’espace occupé par le deuxième matériau serait occupé par le même matériau que le premier matériau, le taux de charge du premier matériau est ici plus faible lorsque le dispositif est stocké.

Par conséquent, par rapport à un dispositif où l’espace occupé par le deuxième matériau serait occupé par le même matériau que le premier matériau, pour une même pression au sein de la première chambre, une plus grande quantité d’hydrogène est stockée au sein du dispositif. Par suite pour une même quantité d’hydrogène stockée, la pression au sein de la première chambre est plus limitée.

Le dispositif, par exemple le premier matériau 111 et le deuxième matériau 121, peut ainsi être agencé, de sorte à ce que, pour une température inférieure ou égale à une température dite critique et pour une quantité d’hydrogène stocké à l’intérieur du dispositif inférieure ou égale à une quantité dite critique, par exemple au sein de la première chambre et/ou d’une deuxième chambre telle que définie ci-après, par exemple par sorption et sous forme gazeuse, la pression au sein de la première chambre reste inférieure ou égale à une pression dite critique.

La pression critique correspond à une valeur prédéfinie et déterminée comme critique pour le dispositif, par exemple alors que le dispositif est stocké, par exemple alors que le dispositif n’est pas en cours d’utilisation, par exemple pour la quantité critique et pour la température critique.

II est ainsi possible de dimensionner le dispositif pour que sa pression reste en-dessous d’une pression prédéterminée dans des conditions de stockage prédéterminées. Le choix du premier et du deuxième matériau permet ainsi de contrôler au préalable les pressions auxquelles le dispositif sera soumis, ce qui permet de dimensionner le dispositif en conséquence et d’assurer une sécurité accrue lors du stockage. Au-delà, par exemple lorsque la température s’élève au-delà de la température critique de sorte que la pression dépasse la pression critique, la sécurité peut être assurée par la première valve de surpression.

La pression critique est par exemple inférieure ou égale à 80 bars, par exemple inférieure ou égale à 50 bars, par exemple supérieure ou égale à 20 bars, par exemple égale à 30 bars.

La pression critique est typiquement strictement inférieure à la pression maximale du dispositif.

Par pression maximale du dispositif, on entend par exemple une pression à laquelle le dispositif n’est pas endommagé lorsqu’il est placé en fonctionnement. La pression maximale du dispositif est par exemple inférieure ou égale à 300 bars, par exemple égale à 300 bars, par exemple inférieure ou égale à 100 bars, par exemple égale à 100 bars, par exemple supérieure ou égale à 20 bars, par exemple égale à 35 bars.

La température critique est par exemple inférieure ou égale à 100°C, par exemple supérieure ou égale à 60°C, par exemple supérieure ou égale à 80°C.

La quantité critique est par exemple égale à la somme de la quantité correspondant à un taux de charge supérieur ou égal à 50%, par exemple inférieur ou égal à 90%, par exemple égal à 60% pour le premier matériau, et de la quantité correspondant à un taux de charge supérieur ou égal à 50%, par exemple inférieur ou égal à 90%, par exemple égal à 80% pour le deuxième matériau, par exemple à la température donnée, par exemple à la température critique.

Le dispositif 100 est par exemple configuré de sorte que le premier matériau 111 et le deuxième matériau 112 sont dans des zones maintenues à la même pression en temps réel, la pression pouvant par exemple varier.

Alternativement ou en complément, le deuxième matériau 112 est par exemple disposé dans une autre chambre maintenue en communication fluidique avec la première chambre, les moyens de communication comprenant par exemple un canal, le canal ayant par exemple des dimensions suffisantes pour que la pression des deux chambres reste identique.

La fraction massique en deuxième matériau est par exemple comprise entre 20 et 80 % du premier matériau 111, par exemple comprise entre 20 et 40 % du premier matériau 111, par exemple comprise entre 60 et 80 % du premier matériau 111.

L’augmentation de la quantité de deuxième matériau permet des capacités de stockage encore plus grandes. L’augmentation de la quantité de premier matériau 111 améliore encore la capacité du dispositif 100 à atteindre un débit suffisant à basse température.

Deuxième mode de réalisation

En référence à la figure 4, le dispositif 100 peut comprendre une deuxième chambre 120. Le deuxième matériau 121 est par exemple disposé au sein de la deuxième chambre.

Le premier matériau et le deuxième matériau peuvent alors être agencés de sorte que le deuxième matériau permet de stocker de manière réversible de l’hydrogène libéré par le premier matériau, et ainsi absorber une surpression potentielle.

La deuxième chambre 120 présente par exemple un volume strictement inférieur à celui de la première chambre 110, par exemple inférieur ou égal à 80 %, par exemple inférieur ou égal à 50 %, par exemple supérieur ou égal à 10 % du volume de la première chambre 110.

La deuxième chambre 120 est par exemple une chambre tampon.

Le dispositif 100 peut comprendre une première valve-anti-retour 140, qui fait par exemple partie des moyens de communication. La première valve anti-retour 140 est par exemple adaptée pour permettre le passage d’un flux d’hydrogène de la première chambre 110 vers la deuxième chambre 120. La première valve-anti-retour 140 est par exemple adaptée pour permettre le passage d’un flux d’hydrogène de la première chambre 110 vers la deuxième chambre 120 lorsque la pression dans la première chambre 110 dépasse une pression d’ouverture et/ou lorsque la température dans la première chambre 110 dépasse une température d’ouverture. La pression d’ouverture est par exemple inférieure ou égale à 80 bars, par exemple à 55 bars, par exemple à 30 bars. La température d’ouverture est par exemple comprise entre 60°C et 70°C.

La première valve anti-retour 140 est par exemple une soupape de pression différentielle.

Une pression critique peut ici être définie comme une pression qui correspond à une valeur prédéfinie et déterminée comme critique pour le dispositif, par exemple alors que le dispositif est stocké, par exemple alors que le dispositif n’est pas en cours d’utilisation, par exemple pour la quantité critique et pour la température critique telles que définies ci-avant.

La pression critique est par exemple comprise entre la pression d’ouverture et la première pression de seuil, par exemple supérieure de 10% à la pression d’ouverture.

II est ainsi possible de dimensionner le dispositif pour que sa pression reste en-dessous d’une pression prédéterminée dans des conditions de stockage prédéterminées.

Le dispositif 100 peut comprendre une deuxième valve anti-retour 150, qui fait par exemple partie des moyens de communication. La deuxième valve anti-retour 150 est par exemple adaptée pour permettre le passage d’un flux d’hydrogène de la deuxième chambre 120 vers la première chambre 110 lorsque la pression dans la deuxième chambre 120 dépasse la pression dans la première chambre 110.

La deuxième valve anti-retour 150 est par exemple un clapet antiretour.

Le deuxième matériau 121 est par exemple configuré de sorte à pouvoir absorber l’hydrogène libéré du premier matériau de sorte à présenter et/ou à ne pas dépasser la première pression de seuil, et/ou une deuxième pression de seuil telle que décrite ci-après, et/ou la pression maximale du dispositif dans la première chambre 110, par exemple à la température maximale.

La fraction massique en deuxième matériau 121 est par exemple inférieure à 50 %, par exemple à 40 %, par exemple à 30 % du premier matériau 111.

Le dispositif 100 peut comprendre une deuxième valve de surpression adaptée pour permettre l’échappement de gaz, par exemple d’hydrogène gazeux, par exemple depuis la deuxième chambre 120, par exemple de sorte à limiter la pression du dispositif et/ou à éviter une surpression du dispositif 100, par exemple au-delà d’une deuxième pression de seuil supérieure à la pression d’ouverture et/ou inférieure ou égale à la pression maximale du dispositif 100.

La deuxième pression de seuil est par exemple inférieure ou égale à 90 bars, par exemple à 60 bars, par exemple supérieure ou égale à 20 bars, par exemple à 30 bars, par exemple d’environ 35 bars.

Un ou plusieurs élément(s) de filtre comprenant un ou plusieurs filtres est ou sont par exemple disposé(s) entre la première chambre 110 et la deuxième chambre 120, par exemple au niveau de la première valve anti-retour 140 et/ou de la deuxième valve anti-retour 150. L’élément de filtre est par exemple adapté pour permettre le passage d’hydrogène gazeux et/ou pour empêcher le passage de particules du premier matériau ou du deuxième matériau. L’élément de filtre est par exemple adapté pour empêcher le passage de matière à l’état solide, par exemple du premier matériau et/ou du deuxième matériau. L’élément de filtre peut comprendre un matériau poreux, par exemple un ou plusieurs tuyau(x) à section poreuse, et/ou un tissu ou un non-tissé de fibres, et/ou une feuille ondulée, par exemple une tôle ondulée, et/ou une ou plusieurs mousse(s) et/ou une ou plusieurs structure(s) filaire(s).

Troisième mode de réalisation

En référence à la figure 10, il est décrit un dispositif combinant les caractéristiques des dispositifs 100 selon le premier mode de réalisation et du deuxième mode de réalisation lorsque ceci est techniquement envisageable.

II est ainsi possible d’obtenir un dispositif adapté pour fournir un débit d’hydrogène suffisant pour le fonctionnement d’une unité d’utilisation, même à des températures basses, par exemple au moyen du premier matériau et/ou deuxième matériau, et qui maintient lors de son stockage une pression relativement basse même à haute température, par exemple au moyen des deuxième et/ou troisième matériaux.

Le premier matériau 111 et le deuxième matériau 112 sont par exemple maintenus en permanence en communication fluidique tels que décrits ci-avant.

Le dispositif 100 peut en outre comprendre le deuxième matériau 121 disposé au sein de la deuxième chambre tel que décrit ci-avant. Le deuxième matériau 121 forme ainsi un troisième matériau.

Système

Description générale

En référence à la figure 11, il est décrit un système 200 de stockage et/ou de fourniture d’hydrogène. Le système comprend le dispositif 100 ou une pluralité de tels dispositifs 100.

Le système 200 est par exemple un système de stockage et/ou de fourniture d’hydrogène, par exemple à au moins une unité d’utilisation d’hydrogène 230. Le système 200 est par exemple un système de stockage et/ou de fourniture d’hydrogène pour un dispositif.

Le système 200 est par exemple un système de stockage et/ou de fourniture d’hydrogène pour un véhicule. Le véhicule est par exemple un véhicule à moteur. Le véhicule à moteur est par exemple un véhicule à moteur électrique, par exemple alimenté par une pile à combustible. Le véhicule à moteur est par exemple un véhicule à un moteur thermique.

Le système 200 est par exemple un système de stockage et/ou de fourniture d’hydrogène pour un système stationnaire. Le système stationnaire est par exemple une unité de fourniture d’électricité, par exemple un groupe électrogène, par exemple une unité de fourniture d’électricité de secours et/ou d’urgence, par exemple une unité d’éclairage, par exemple d’éclairage d’une construction. L’unité de fourniture d’électricité est par exemple portable.

Le système est par exemple configuré de sorte que le dispositif 100 est échangeable et/ou amovible.

Unité d’utilisation

Le système 200 comprend par exemple l’au moins une unité d’utilisation d’hydrogène 230, par exemple une pluralité d’unités d’utilisation d’hydrogène.

L’au moins une unité d’utilisation d’hydrogène 230 est ou comprend par exemple une unité de consommation d’hydrogène.

L’au moins une unité d’utilisation d’hydrogène 230 est ou comprend par exemple un système de traitement des gaz issus d’un moteur, par exemple au niveau d’une ligne d’échappement.

L’au moins une unité d’utilisation d’hydrogène 230 est ou comprend par exemple une pile à combustible, par exemple une pile à combustible à membrane d’échange de protons.

L’au moins une unité d’utilisation d’hydrogène peut comprendre la pile à combustible et/ou un moteur électrique adapté pour être alimenté par la pile à combustible. L’au moins une unité d’utilisation d’hydrogène est ou comprend par exemple un moteur à hydrogène, par exemple un moteur thermique adapté pour être alimenté en hydrogène, par exemple un moteur à explosion et/ou un moteur mixte.

Le système est par exemple configuré de manière à ce que l’au moins un dispositif 100 puisse alimenter l’unité d’utilisation d’hydrogène 230 en hydrogène. Le système comprend par exemple des moyens de communication fluidique 240 pour alimenter en hydrogène l’unité d’utilisation d’hydrogène 230 par le dispositif 100. Les moyens de communication fluidique 240 sont par exemple munis de moyens de blocage 241 mobiles au moins entre une position ouverte dans laquelle la communication fluidique est réalisée par les premiers moyens de communication fluidique 240 et une position fermée dans laquelle la communication fluidique n’est pas réalisée par les premiers moyens de communication fluidique 240.

L’unité d’utilisation d’hydrogène 230 est par exemple configurée pour alimenter au moins partiellement les moyens de chauffage 113, par exemple par de la chaleur perdue, par exemple par de la chaleur issue de l'unité d'utilisation d'hydrogène 230.

L’unité d’utilisation d’hydrogène 230 a par exemple une pression d’entrée supérieure ou égale à 1,5 bars, par exemple à 2,5 bars, par exemple à 5 bars, par exemple à 10 bars.

Moyens de commande

Le système 200 peut comprendre des moyens de commande 270. Les moyens de commande peuvent comprendre au moins un processeur et/ou une mémoire vive et/ou une mémoire morte et/ou des moyens d’affichage, par exemple un terminal.

Les moyens de commande 270 peuvent comprendre un ou plusieurs capteurs adaptés pour mesurer et fournir une ou plusieurs mesures de l’état de système, par exemple en temps réel. Les moyens de commande 270 peuvent comprendre un premier capteur de température 214 du dispositif 100, et/ou un deuxième capteur de température 224 de l’unité d’utilisation d’hydrogène. Les moyens de commande 270 peuvent comprendre un premier capteur de pression 214 du dispositif 100, et/ou un deuxième capteur de pression 224 de l’unité d’utilisation d’hydrogène.

Les moyens de commande 270 peuvent par exemple commander le dispositif 100, par exemple les moyens de chauffage 213 du dispositif 100 ou du système 200. Les moyens de commande 270 peuvent par exemple commander l’unité d’utilisation d’hydrogène 230. Les moyens de commande 170 peuvent par exemple commander les moyens de communication fluidique 240, par exemple les moyens de blocage 241.

Les moyens de commande sont par exemple configurés pour mettre en oeuvre un procédé tel que décrit ci-après.

Procédé

En référence à la figure 12, il est décrit un procédé de mise en oeuvre du dispositif 100.

Le procédé peut comprendre une étape 1301 de fabrication ou de fourniture du dispositif 100.

Le procédé peut comprendre une étape 1302 d’activation du dispositif.

Le procédé peut comprendre une étape 1303 de chargement du dispositif 100 et/ou du premier matériau 111 et/ou du deuxième matériau en hydrogène. Le premier matériau 111 et le deuxième matériau sont par exemple chargés dans le dispositif 100 de manière à assurer une capacité de stockage maximale et de manière à ce qu'une la première et/ou deuxième pression de seuil, par exemple la pression maximale du dispositif ne soit pas dépassée pour une température donnée, par exemple moins de 35 bars à 80°C.

Le procédé peut comprendre une étape 1304 de stockage et/ou de transport du dispositif 100. Lors du stockage/transport, le dispositif 100 peut être soumis à des variations de températures.

Le procédé peut comprendre une étape 1305 d’installation du dispositif au niveau du système 200.

Le procédé peut comprendre une étape 1306 d’utilisation du dispositif 100. L’étape 1306 comprend par exemple la fourniture d’hydrogène par le dispositif 100. Lors de l’étape 1306 d’utilisation, l’unité d’utilisation d’hydrogène 230 ou une autre source de chaleur est par exemple configurée pour alimenter au moins partiellement les moyens de chauffage 213, par exemple par de la chaleur perdue, par exemple de sorte à chauffer le premier matériau 111 et/ou le deuxième matériau, par exemple la première chambre 110 et/ou la deuxième chambre 120.

L’étape 1306 d’utilisation peut comprendre une sous-étape de démarrage du dispositif 100, par exemple au moyen du premier matériau 111, qui a par exemple une pression d’équilibre suffisamment importante pour permettre le démarrage même à basses températures en fournissant suffisamment d’hydrogène à une pression et à un débit suffisant.

L’étape 1306 d’utilisation peut comprendre une sous-étape de fonctionnement dans lequel les moyens de chauffage 213 maintiennent la pression d’équilibre du premier matériau dans la première chambre 110 suffisamment haute pour assurer la désorption, par exemple la déshydruration, par exemple le déchargement complet en hydrogène, du premier matériau 111.

Les étapes 1303 et/ou 1304 et/ou 1305 et/ou 1306 sont par exemple répétées, par exemple de manière cyclique, par exemple dans cet ordre, par exemple répétées plusieurs fois. Chaque répétition est par exemple précédée d’une étape 1307 de retrait du dispositif 100 du système 100. Alternativement ou en complément, le procédé peut comprendre une étape 1307 de retrait du dispositif 100 et de remplacement du dispositif 100, les étapes 1303 et/ou 1304 et/ou 1305 et/ou 1306 étant appliquées au dispositif 100 remplaçant celui ayant déjà été utilisé.

Lors d’une ou de plusieurs, par exemple de chacune, des étapes 1304 à 1307, le dispositif 100 peut subir une augmentation et/ou une diminution de la température au sein de la première chambre 110 et/ou de la deuxième chambre 120.

Le dispositif permet ici une capacité de stockage satisfaisante et peut fournir de l’hydrogène à un débit et une pression satisfaisantes, même en cas de démarrage à des températures ambiantes basses, sans présenter de risque de sécurité, notamment lorsqu’il est stocké dans une zone où la température augmente anormalement.

Par exemple, lorsque le premier matériau 111 et le deuxième matériau 112 sont par exemple maintenus en permanence en communication fluidique, par exemple lorsque le dispositif 100 correspond au premier mode de réalisation, au moins une ou plusieurs étapes du procédé, par exemple l’étape 1303 et/ou 1304 et/ou 1305 et/ou 1306 et/ou 1307 est par exemple définie par une pression du système qui définit le taux de charge pour les deux matériaux. Ainsi le premier matériau 111 et le deuxième matériau 112 peuvent présenter des taux de charge différents dus à leurs comportements thermodynamiques différents. Le dispositif avec le premier matériau 111 et le deuxième matériau 112 peut toutefois être traités comme un dispositif avec un matériau. La distribution d’hydrogène est réalisée passivement entre les deux matériaux. Un tel fonctionnement est par exemple illustré figure 3, qui représente par exemple le comportement la pression en bars et la température en degrés Celsius au sein de la première chambre, et le taux de charge du premier matériau et du deuxième matériau, en fonction du temps en minute, au cours des étapes 1303 de chargement, 1304 de stockage, 1305 de mise en place, et 1306 d’utilisation du dispositif 100.

Une augmentation de température survenant lors de l'étape 1304 de stockage est illustrée sur la figure 3. L'augmentation de pression consécutive à une augmentation de température est dans ce cas la plus forte que peut rencontrer le dispositif 100 sur l'ensemble de son cycle de vie, puisque son taux de charge en hydrogène est maximum. Toute diminution ultérieure de ce taux de charge, par exemple consécutive à une étape d'utilisation 1306 du dispositif 100, conduira à une augmentation moins importante de la pression lors d'une autre montée en température.

Par exemple, durant le ou les cycles de températures, les variations du taux de charge du premier matériau 111 et/ou du taux de charge du deuxième matériau 112 sont inférieures ou égales à 10 %, par exemple à 5 %, par exemple à 3 %.

Par exemple, lorsque le dispositif comprend la première chambre

110 et la deuxième chambre 120, l'étape de chargement 1303 est par exemple réalisée de sorte que seule la première chambre 110 est chargée et/ou de sorte que la deuxième chambre 120 reste vide.

La pression d’ouverture, par exemple de la valve anti retour 140 peut correspondre à une certaine température dite d’ouverture du premier matériau 111 dans la première chambre 110 lorsque le premier matériau

111 atteint ladite pression d’ouverture. Par exemple, lors de l’étape 1304 de stockage, tant que la température d’ouverture n’est pas atteinte ou dépassée, la première valve-anti-retour 140 n’est pas ouverte et la deuxième chambre 120 reste à la pression atmosphérique, ou à la pression d’entrée de l’unité d’utilisation d’hydrogène, par exemple correspondant à la pression d'équilibre d'un deuxième matériau 121 déchargé. Par exemple, lors de l’étape 1304 de stockage, lorsque la température d’ouverture est dépassée dans la première chambre 110, de l’hydrogène est libéré du premier matériau 111 et transféré par la première valve-anti-retour 140 au deuxième matériau 121 dans la deuxième chambre 120, le deuxième matériau 121 absorbant l’hydrogène transféré. Par exemple, lors de l’étape 1304 de stockage, lorsque la température diminue sous la température d’ouverture, les pressions de la première chambre 110 et de la deuxième chambre 120 sont égalisées au moyen de la deuxième valve anti-retour 150.

Par exemple, la sous-étape de fonctionnement de l’étape 1306 d’utilisation peut comprendre la désorption, par exemple totale, du deuxième matériau 121 éventuellement chargé en hydrogène, par exemple précédemment chargé lors de l’étape 1304 de stockage, la désorption du deuxième matériau 121 a par exemple lieu lorsque la pression de la première chambre 110 devient inférieure à la pression de la deuxième chambre 120, par exemple et inférieure à la pression d’équilibre du deuxième matériau à la température dans la deuxième chambre 120 et au chargement. A ce stade, la chaleur a été suffisamment transmise à la première chambre 110 et à la deuxième chambre 120 pour permettre une augmentation de la pression d’équilibre et pour permettre le déchargement de la majeure partie de l’hydrogène stocké par le deuxième matériau 121.

Le procédé peut comprendre une étape d’échappement de gaz par la première valve de surpression et/ou la deuxième valve de surpression, par exemple mise en oeuvre lors de l’étape 1304.

Le procédé peut comprendre une ou plusieurs étapes correspondant au fonctionnement du dispositif tel que décrit ci-avant.

Exemple détaillé

Premier mode de réalisation

Le premier matériau 111 et le deuxième matériau 112 sont par exemple maintenus en permanence en communication fluidique. Le premier matériau 111 et le deuxième matériau 112 sont par exemple disposés au sein de la première chambre 110.

Le premier matériau 111 et le deuxième matériau 112 peuvent être constitués d’un alliage de type Ti(i-_y)Zr_y(MnVFe)2 avec y supérieur ou égal à 0 et y inférieur ou égal à 1, le premier matériau 111 ayant une fraction massique en zirconium strictement inférieure à celle du deuxième matériau, par exemple avec x-y<0,1 et x>y. Le premier matériau et le deuxième matériau diffèrent par le comportement de pression d’équilibre comme illustré à la figure 2, qui représente des isothermes de pression en bar en fonction de la concentration en hydrogène en pourcentage massique à 80°C (figure 2), les courbes pleines représentant les isothermes pour l’hydruration et de déshydruration pour le premier matériau et les courbes interrompues les isothermes pour l’hydruration et la déshydruration du deuxième matériau. La figure 2 représente en outre la pression de chargement. La figure 2 représente en outre la pression critique. Le premier matériau 111 et le deuxième matériau 112 sont par exemple dans la première chambre 110.

L’unité d’utilisation d’hydrogène 230 est par exemple une pile à combustible.

Les moyens de chauffage 213 sont adaptés pour chauffer le premier matériau 111 et le deuxième matériau à une température d’opération nominale de 50°C.

Le comportement d’un tel dispositif 100 est par exemple détaillé aux figures 2, 3, 7, 8 et 9.

La figure 3 représente par exemple l'évolution de la pression en bars et de la température en degrés Celsius au sein de la première chambre 110, et du taux de charge en hydrogène du premier matériau 111 et du deuxième matériau 112, en fonction du temps en minute, au cours des étapes 1303 de chargement, 1304 de stockage, 1305 de mise en place et 1306 d’utilisation.

Le premier matériau 111 et le deuxième matériau 112 sont chargés selon l’étape 1303 de manière spécifique de sorte à assurer une capacité de stockage maximale et une pression de moins de 35 bars à 80°C lorsque le dispositif est complètement chargé. Le dispositif est par exemple chargé à 80°C à une pression supérieure à 30 bars par exemple d’environ 35 bars, de sorte à atteindre une capacité de stockage d’hydrogène de l’ordre de 1,1 % massique pour le premier matériau 111 à l’état complètement chargé à une pression inférieure ou égale à 35 bars et pour un stockage allant jusqu’à 80°C, et par exemple une capacité de stockage d’hydrogène de l’ordre de 1,5 % massique pour le deuxième matériau 112.

Dans l’exemple de la figure 3, l’étape 1303 est par exemple réalisée jusqu’à obtenir un chargement de 62 % pour le premier matériau 111 et de 84 % pour le deuxième matériau. L'alimentation en hydrogène est par exemple arrêtée lorsque le taux de charge des matériaux reste stable.

La capacité du dispositif 100 est alors par exemple une fonction des fractions massiques du premier matériau 111 et du deuxième matériau

112. L’utilisation d’une plus grande quantité relative du deuxième matériau 112 par rapport au premier matériau 111 permet d’augmenter la capacité de stockage tout en conservant une pression de stockage basse à 80°C. Le premier matériau 111 reste par exemple en quantité suffisante pour permettre d’assurer une fourniture d’hydrogène suffisante à basse température. Le ratio massique de deuxième matériau 112 par rapport au premier matériau 111 est par exemple de l’ordre de 2/1, par exemple de sorte à atteindre une capacité de stockage combinée d’environ 1,35 % massique.

En référence à la figure 3, l’étape 1304 comprend par exemple ici une augmentation jusqu’à environ 80°C en raison d’une exposition à cette température ou à une température légèrement supérieure. La pression augmente alors en fonction de la température. En parallèle, le premier matériau 111 libère faiblement de l’hydrogène qui est capté par le deuxième matériau 112. L'augmentation de température peut être suivie par une diminution de température, qui s'accompagne d'une réduction de pression.

Durant l’étape 1306 d’utilisation, un déchargement d’hydrogène a par exemple lieu, la pression diminuant jusqu’à 2 bars. Le premier matériau 111 libère alors de l’hydrogène en premier et le deuxième matériau 112 ensuite.

La figure 7 représente sous forme de diagramme des isothermes de pression en bar en fonction de la concentration en hydrogène, avec le dispositif 100 en référence à la figure 1 ou 4. Le dispositif 100 est par exemple utilisé (étape 1306), par exemple à une température de fonctionnement de 50°C.

Le dispositif 100 est par exemple considéré comme pleinement chargé lorsque le premier matériau 111 est chargé à 1,1 % massique et le deuxième matériau est chargé à 1,5 % massique.

Pour une pression d’entrée d’environ 2 bars, le premier matériau 111 peut par exemple être déchargé jusqu’à 0,21 % massique et le deuxième matériau 112 peut par exemple être déchargé jusqu’à 0,26 % massique. Le premier matériau 111 se décharge par exemple en premier. Une fois que la pression lors du déchargement tombe sous la pression d’équilibre du deuxième matériau 112, le deuxième matériau 112 fournit par exemple également de l’hydrogène.

La figure 9 représente sous forme de diagramme la pression en bar en fonction de la température entre -20°C et 80°C. La pression est par exemple inférieure à 2 bars en dessous de -10,4°C. Les évolutions décrites ici sont des exemples de valeurs pour un dispositif dont l'hydrogène n'aurait pas été consommé.

Deuxième mode de réalisation

Le deuxième matériau 121 est par exemple disposé au sein de la deuxième chambre 120.

Le premier matériau 111 et le deuxième matériau 121 peuvent être constitués d’un alliage de type Ti(i-_y)Zr_y(MnVFe)2 avec y supérieur ou égal à 0 et y inférieur ou égal à 1, le premier matériau 111 ayant une fraction massique en zirconium strictement inférieure à celle du deuxième matériau 121, par exemple avec x-y<0,1 et x>y. Le premier matériau et le deuxième matériau diffèrent par le comportement de pression d’équilibre comme illustré à la figure 2, qui représente des isothermes de pression en bar en fonction de la concentration en hydrogène en pourcentage massique à 80°C, les courbes pleines représentant les isothermes pour l’hydruration et de déshydruration pour le premier matériau et les courbes interrompues les isothermes pour l’hydruration et la déshydruration du deuxième matériau.

Le dispositif 100 peut comprendre un ou plusieurs matériau(x) thermiquement conducteur et/ou un ou plusieurs matériau(x) améliorant la conservation des performances au cours des cycles et/ou la perméabilité et/ou d’autres fonctions pertinentes pour l’application envisagée.

Le ratio massique de deuxième matériau 121 par rapport au premier matériau 111 est de l’ordre de 27 %. La capacité maximale en hydrogène pour un tel dispositif 110, c’est-à-dire correspondant à un taux de charge de 100%, est d’environ 1,2 % massique.

Le comportement d’un tel dispositif 100 est par exemple détaillé aux figures 5 à 8.

Les moyens de chauffage 213 sont adaptés pour chauffer le premier matériau 111 et/ou le deuxième matériau 121 à une température d’opération nominale de 50°C.

La figure 5 représente sous forme de diagramme des isothermes de pression en bar en fonction de la concentration en hydrogène, par exemple avec les mêmes matériaux que le premier matériau et le deuxième matériau des figures 2 et 3, à la différence qu’ils sont agencés respectivement dans la première chambre 110 et dans la deuxième chambre 120, et que leur ratio massique diffère. Le dispositif 100 est par exemple chargé (étape 1303) à environ 50°C, par exemple de sorte à ce que le premier matériau 111 contienne 1,5 % massiques d’hydrogène. Durant le stockage/transport (étape 1304), le dispositif 100 est par exemple exposé à une montée en température, par exemple jusqu’à 80°C. Cette montée en température entraîne une montée en pression au sein de la première chambre 110, par exemple au moins jusqu’à la pression d’ouverture, par exemple jusqu’à 30 bars, la première valve anti-retour 140 s’ouvrant alors pour permettre un transfert d’hydrogène vers la deuxième chambre 120. La pression est ici fonction exponentielle de la température. La pression d’ouverture, par exemple de 30 bars, est par exemple atteinte pour la première fois lors de la montée à une température supérieure ou égale à 65°C. En référence au diagramme de la figure 5, environ 0,4 % massiques d’hydrogène à 80°C stocké dans le premier matériau 111 doit être transféré au deuxième matériau 121 pour rester à la pression d’ouverture. Le deuxième matériau 121 a par exemple un comportement en termes de pression d’équilibre permettant le stockage d’environ 1,5 % massique d’hydrogène à 30 bars et 80°C. Ainsi, pour le deuxième matériau 121 peut avoir une masse correspondant à environ 27 % de la masse du premier matériau 111, ce qui est par exemple suffisant pour stocker l’hydrogène ainsi libéré. En raison de cette masse additionnelle, la capacité de stockage combinée est par exemple réduite à 1,2 % massique. Une fois l’équilibre atteint, le premier matériau 111 se retrouve ainsi par exemple déchargé de 0,4 % massique alors que le deuxième matériau 121 est par exemple pleinement chargé. La première chambre 110 et la deuxième chambre 120 sont alors par exemple à la même pression, par exemple d’environ 30 bars.

La figure 6 représente sous forme de diagramme des isothermes de pression en bar en fonction de la concentration en hydrogène, par exemple avec le même dispositif que la figure 5. La situation après un stockage (étape 1303) tel que décrit précédemment en référence à la figure 5 est par exemple telle que le dispositif 100 a été exposé à une première montée en température jusqu’à 80°C. Le dispositif 100 est ensuite par exemple soumis à une diminution de la température, par exemple jusqu’à 20°C, par exemple de sorte que la pression d’équilibre du premier matériau 111 et du deuxième matériau 121 diminue également. Ainsi, le premier matériau 111 et le deuxième matériau 121 absorbent par exemple l'hydrogène dans leurs chambres respectives, par exemple de sorte à réduire les pressions de la première chambre 110 et de la deuxième chambre 120. La quantité d’hydrogène en phase gazeuse étant généralement beaucoup plus faible que celle stockée dans le premier matériau 111 et le deuxième matériau 121, l’augmentation de la quantité d’hydrogène stocké dans le premier matériau 111 et le deuxième matériau 121 est par exemple très faible. Par exemple, un tel dispositif 100 ayant environ 40 % de volume libre, par une absorption de 0,04 g d’hydrogène pour réduire une pression de 30 bars à 80°C à 15 bars à 20°C ce qui correspond par exemple à moins de 0,03 % massique de changement du contenu stocké dans le premier matériau 111 et le deuxième matériau 121. Dans cette configuration, il n’est alors par exemple pas possible de transférer de l’hydrogène de la première chambre 110 vers la deuxième chambre 120 puisque la pression d’ouverture n’est pas atteinte. En raison de la deuxième valve anti-retour 150, de l’hydrogène pourrait être transféré de la deuxième chambre 120 vers la première chambre 110. Mais puisque la pression d’équilibre du deuxième matériau 121, à températures égales, est par exemple toujours inférieure à celle du premier matériau 111, une telle situation nécessiterait par exemple l’existence d’un gradient de température. Ainsi durant le refroidissement, la première chambre 110 et la deuxième chambre 120 ne sont pas connectées fluidiquement.

Par « connexion fluidique entre deux éléments » on entend tous moyens de communication fluidique adaptés pour mettre en communication fluidique les deux éléments. Les moyens de communication fluidique peuvent par exemple comprendre une ou plusieurs canalisations et/ou une ou plusieurs valves.

Si par la suite une autre augmentation de température a lieu de petites quantités d’hydrogène dans chaque compartiment sont libérées, ce qui peut augmenter la pression jusqu’à 30 bars dans la première chambre 110. En cas de gradient de température résultant en un transfert d’hydrogène depuis la deuxième chambre 120 vers la première chambre 110, ceci peut déclencher une augmentation de pression dans la première chambre suffisante pour ouvrir la première valve anti-retour 140. Ainsi, les conditions originales de hautes températures seraient à nouveau réunies. Les cycles de température peuvent se poursuivre. Le système ne peut dépasser la pression d’ouverture prédéterminée de la première valve antiretour 140, ce qui garantit une haute sécurité vis-à-vis des risques associés aux températures et aux pressions associées.

La figure 7 représente sous forme de diagramme des isothermes de pression en bar en fonction de la concentration en hydrogène. Le dispositif 100 est par exemple utilisé (étape 1306), par exemple à une température de fonctionnement de 50°C.

Le premier matériau 111 est par exemple chargé à 1,1 % massique et le deuxième matériau 121 est par exemple chargé à 1,5 % massique, par exemple après une exposition à au plus 80°C.

Pour une pression d’entrée d’environ 2 bars, le premier matériau 111 peut par exemple être déchargé jusqu’à 0,21 % massique et le deuxième matériau 121 peut par exemple être déchargé jusqu’à 0,26 % massique. Le premier matériau 111 se décharge par exemple en premier. Une fois que la pression lors du déchargement tombe sous la pression d’équilibre du deuxième matériau 121, le premier matériau fournit par exemple également de l’hydrogène, par exemple par ouverture de la deuxième valve anti-retour 150.

La figure 8 représente sous forme de diagramme des isothermes de pression en bar en fonction de la concentration en hydrogène. Les pressions de désorption d’équilibre à 10°C pour le premier matériau 111 et à 20°C pour le deuxième matériau 121 sont représentées. Le premier matériau 111 permet d’assurer que la fourniture d’hydrogène peut être commandée à basse température. Ici la pression d’équilibre à 10°C est presque égale à celle à 20°C. Ainsi, la pression réelle du dispositif 100 est par exemple fonction des pressions d’équilibre et du niveau de charge du premier matériau 111 et du deuxième matériau 121.

La pression est par exemple déterminée par le premier matériau tant qu’aucune augmentation de température au-dessus d’un certain seuil, par exemple 65°C, n’a eu lieu.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif (100) de stockage d’hydrogène comprenant :

un premier matériau (111) de stockage d’hydrogène par sorption, un deuxième matériau (112, 121) de stockage réversible d’hydrogène par sorption, et une chambre (110) au sein de laquelle le premier matériau (111) est disposé, dans lequel le premier matériau a, pour une même température et un même taux de charge en hydrogène, une pression d’équilibre de désorption strictement supérieure à celle du deuxième matériau, et le deuxième matériau est en communication fluidique avec le premier matériau, ladite communication fluidique étant directe ou se faisant par l’intermédiaire de moyens de communication fluidique, de sorte que le deuxième matériau permet de limiter la pression au sein de la chambre.
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le premier matériau (111) et le deuxième matériau (112) sont maintenus en permanence en communication fluidique.
3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le deuxième matériau (112) est disposé au sein de la chambre.
4. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un troisième matériau de stockage réversible d’hydrogène par sorption, le premier matériau ayant, pour une même température et un même taux de charge, une pression d’équilibre de désorption strictement supérieure à celle du troisième matériau, le dispositif comprenant une deuxième chambre (120) au sein de laquelle le troisième matériau est disposé, le dispositif comprenant une valve-antiretour (140) adaptée pour permettre le passage d’un flux d’hydrogène de la chambre vers la deuxième chambre.
5. Dispositif selon la revendication 1, comprenant une deuxième chambre (120) au sein de laquelle le deuxième matériau (121) est disposé, le dispositif comprenant une valve-anti-retour (140) adaptée pour permettre le passage d’un flux d’hydrogène de la chambre vers la deuxième chambre.
6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, dans lequel la valve-antiretour (140) est adaptée pour permettre le passage d’un flux d’hydrogène de la chambre vers la deuxième chambre lorsque la pression dans la chambre dépasse une pression d’ouverture.
7. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, comprenant en outre une deuxième valve anti-retour (150) adaptée pour permettre le passage d’un flux d’hydrogène de la deuxième chambre vers la chambre lorsque la pression dans la deuxième chambre dépasse la pression dans la chambre.
8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier matériau (111) et/ou le deuxième matériau (112, 121) et/ou le troisième matériau est adapté pour former un hydrure métallique.
9. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une valve de surpression adaptée pour permettre l’échappement de gaz.
10. Système de stockage et de fourniture d’hydrogène comprenant un dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes et une unité d’utilisation d’hydrogène.
11. Système selon la revendication 10, comprenant des moyens de commande (270) adaptés pour commander le dispositif (100).

5
12. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 ou système selon l’une quelconque des revendications 10 ou 11, comprenant des moyens de chauffage (213) du premier matériau (111) et/ou du deuxième matériau (112, 121) et/ou du troisième matériau.

10
13. Dispositif ou système selon la revendication 12, dans lequel le premier matériau (111) est plus proche des moyens de chauffage (213) que le deuxième matériau (112, 121).
14. Procédé de fonctionnement d’un dispositif (100) selon l’une
15 quelconque des revendications 1 à 9, 12 et 13 ou d’un système selon l’une quelconque des revendications 10 ou 11, le procédé comprenant une étape (1306) d’utilisation du dispositif (100).

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