WO2017178252A1 - System and method for storing and releasing electrochemical energy with a flow of redox polymer particles - Google Patents

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WO2017178252A1
WO2017178252A1 PCT/EP2017/057719 EP2017057719W WO2017178252A1 WO 2017178252 A1 WO2017178252 A1 WO 2017178252A1 EP 2017057719 W EP2017057719 W EP 2017057719W WO 2017178252 A1 WO2017178252 A1 WO 2017178252A1
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redox
particles
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electrolyte
polymer
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PCT/EP2017/057719
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Julien Bernard
David Pasquier
Valerie Sauvant-Moynot
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IFP Energies Nouvelles
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    • H01M4/362Composites
    • H01M4/366Composites as layered products
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    • H01M8/188Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to the field of energy storage and electrochemical storage systems, in particular redox flow or redox flow batteries in which the active ingredients are circulated and stored in external tanks.
  • the present invention relates to the use of redox polymers as active ingredients in a particular type of redox flow battery, called “pellet” or “redox particle flow”, in which the active ingredients positive and negative are put in the form of electrical conducting grains circulating and sedimenting respectively in the cathode and anode compartments of the battery.
  • pellet or redox particle flow
  • redox polymers as active ingredients is known in the field of batteries.
  • interests displayed in their use are the search for lower toxicity than that of certain metal-based materials, the search for better capacitive performance or the manufacture of batteries at lower costs.
  • a conventional electrochemical accumulator for reversibly storing electrical energy in chemical form, comprising redox polymers as electro-chemically active material.
  • a conventional accumulator is a closed and compartmentalized system comprising at least two compartments each comprising a current collector, for the positive and negative electrodes. These compartments are separated by a porous separator and ion conductor that electronically isolates the positive electrode from the negative electrode.
  • the liquid electrolyte that impregnates the active materials of the positive and negative electrodes as well as the separator, allows solvent molecules and ionic charges to migrate within the system and to equilibrate.
  • Flow batteries are also known using redox polymers as electro-chemically active material.
  • a flow battery is characterized by the circulation of reagents (an oxidant on one side and a reductant on the other) from storage tanks to the double compartment electrochemical cell where they are separated by a separator and react in the presence of the positive and negative electrodes.
  • the redox polymers are typically used in liquid form, dissolved in a solvent, as for example described in the patent application WO14026728A.
  • the electroactive compounds are indeed high molecular weight materials such as redox polymers or redox oligomers, and the membrane is a steric exclusion membrane for separating the high molecular weight compounds from the solvent.
  • the energy density of such redox flux batteries is related to the solubility of the polymer in the electrolyte, and thereby is limited by the solubilization of the active ingredients. If the redox polymer is concentrated, then there is an increase in the viscosity of the medium which causes pumping problems and leads to a lower energy efficiency.
  • the active materials are put into the form of electrically conductive grains which are transported as and when required into the reaction zone bathed with an electrolyte, where they sediment and percolate electrically up to the current collectors, which makes it possible to carry out the redox reactions and battery operation.
  • These batteries typically use redox torques of conventional accumulators, for example the Pb / PbSO 4 and PbO 2 / PbSO 4 pairs used in lead-acid type batteries, or redox couples conventionally used in NiMH or alkaline type batteries.
  • the present invention relates to the use of redox polymers as active ingredients in this new type of flux redox battery.
  • the present invention aims in particular to provide an electrochemical storage and electrochemical energy recovery system which has improved performance in terms of power and energy density, in comparison with known systems using redox polymers, and which can be cycled sustainably without encountering the limitations of the state of the art.
  • the present invention aims at providing a system for storing and restoring electrochemical energy with a redox flow making it possible to use redox polymers as electroactive material:
  • the present invention proposes, according to a first aspect, a system for storing and restoring electrochemical energy with a redox particle stream comprising:
  • At least one electrochemical cell comprising an enclosure formed by an anode compartment and a cathode compartment containing an electrolyte and separated by an electrically insulating and ion-permeable separator contained in the electrolyte, said separator being disposed along a substantially vertical axis;
  • said anode compartment comprising a negative electrode in the form of a bed of a first type of sedimented redox particles immersed in the electrolyte, said anode compartment being defined between said separator and a first electrical current collector in contact with said negative electrode; and said anode compartment comprising an inlet at its top and an outlet at its base for respectively receiving and discharging an incoming stream and a stream exiting the first type of redox particles;
  • said cathode compartment comprising a positive electrode in the form of a bed of a second type of sedimented redox particles immersed in the electrolyte, said cathode compartment being defined between said separator and a second electrical current collector in contact with said positive electrode; and said cathode compartment including an inlet at its top and an outlet at its base for respectively receiving and discharging an incoming stream and a stream exiting the second type of redox particles;
  • a first storage tank for the first type of redox particles said first tank being in communication with the anode compartment;
  • a second storage tank for the second type of redox particles said second tank being in communication with the cathode compartment;
  • the redox polymer is insoluble in the electrolyte or shaped so as not to be soluble in the electrolyte.
  • the first type and / or second type redox particles are solid and porous, preferably substantially spherical, grains formed by foaming said redox polymer, and comprising an electronic percolator, such as carbon black.
  • the grains are preferably covered with a solid layer of electrically conductive material, porous and permeable to the electrolyte and its ions.
  • the first type and / or second type redox particles are solid and porous, preferably substantially spherical, grains formed by a conductive porous support comprising a redox polymer.
  • the first type and / or second type redox particles are obtained by grafting a redox polymer onto said porous support, or by crosslinking said redox polymer in the porous support, or by precipitation of said redox polymer in said porous support, or by coating or impregnation of the porous support with an ink comprising said redox polymer and an electronic percolator.
  • the porous support may be a sphere made of an electronically conductive material and enclosing said redox polymer, preferably a sphere of metal foam or carbon foam, said carbon foam being preferably graphitic.
  • the redox polymer has a vinyl backbone chosen from the group consisting of polyacrylates, polymethacrylates, polyacrylamide and polystyrene, and comprises redox groups chosen from the group consisting of nitroxide, quinone and quinoxaline radicals. bipyridines, eg viologenes, verdazyl and ferrocenes.
  • the polymer is electronically conductive, preferably selected from the group consisting of polyaniline, polypyrrole, polythiophene.
  • the first type redox particles have a size at least 10 times smaller than a first width defined between the separator and the first current collector
  • the second type of redox particles have a size at least 10 smaller than a second width defined between the separator and the second current collector
  • the redox particles of the first type and the redox particles of the second type preferably having a mean diameter of between 100 ⁇ and 5 mm, and more preferably between 500 ⁇ and 2 mm.
  • the first type of redox particles and the second type of redox particles each comprise a redox polymer.
  • the system further comprises means for circulating the electrolyte to circulate the electrolyte out of said enclosure.
  • system further comprises:
  • a first pipe provided with a first pump for transporting a first mixture comprising the electrolyte and the first type redox particles from the first zone of the tank to the first tank;
  • a second pipe provided with a second pump for transporting a second mixture comprising the electrolyte and the second type redox particles from the second zone of the tank to the second tank;
  • separating means such as a sieve, in each of the reservoirs for separating the particles of the electrolyte contained in each of the first and second mixtures,
  • feed means respectively connecting the first reservoir to the anode compartment and the second reservoir to the cathode compartment for supplying said anode compartment with first type redox particles and said second type redox particles cathode compartment, said supply means comprising the means for regulating the influx of redox particles;
  • electrolyte circulation means comprises the first and second conduits and the means for introducing the electrolyte.
  • system further comprises:
  • a device for recovering the electrolyte and redox particles said recovery device being positioned downstream of the outlets of the anode and cathode compartments, said recovery device comprising a container provided with a bottom surmounted by a sieve for retaining the redox particles of first type and second type in two zones separated from the container each receiving a type of redox particles, and to let the electrolyte pass into the bottom of the container; and
  • a pipe system provided with a pump for transporting the electrolyte from the bottom of the container to the head of the compartments of the enclosure;
  • the electrolyte circulation means comprising said pipe system.
  • system further comprises:
  • supply means respectively connecting the first reservoir to the anode compartment and the second reservoir to the cathode compartment for supplying said anode compartment with particles of the first type and said cathode compartment with particles of the second type, said supply means comprising the means for regulating the incoming flow of particles.
  • the first and / or second means of transport may be mechanical, and preferably comprise a worm system.
  • the first storage tank and / or the second storage tank comprises means for mixing the particles.
  • the present invention proposes a method for storing and restoring electrochemical energy implementing a system according to the invention, in which:
  • the first type of electrically conductive redox particles is circulated between the first storage tank and the anode compartment of the electrochemical cell
  • the second type of electrically conductive redox particles is circulated between the second storage tank and the cathode compartment of the electrochemical cell
  • said cell, said first type of particles and / or said second type of particles comprising a redox polymer
  • redox reactions are carried out in the anode and cathode compartments of said cell and the current generated by the redox reactions is collected by means of the current collectors in order to store or restore electrochemical energy
  • the incoming and outgoing flows are determined for each of the first and second types of particles so as to create a gravity flow of said particles in each of said anode and cathode compartments to form the moving bed of sedimented particles such as the redox reactions and the Electrical conduction is ensured by percolation of electrons and electrolyte into the sedimented particles of the moving bed.
  • the present invention proposes the use of a system for storing and restoring electrochemical energy according to the invention, preferably comprising a plurality of electrochemical cells, for the stationary storage of electrical energy, preferably the stationary storage of electrical energy from renewable energy sources, preferably from photovoltaic or wind systems.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of the system for storing and restoring the electrochemical energy according to the invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a detail of the system illustrated in FIG. 1, more specifically a detail of the cathode compartment of an electrochemical cell of the system according to the invention.
  • FIG. 3 is a diagram of the storage and electrochemical energy recovery system according to a first embodiment of the invention, without circulation of the electrolyte.
  • FIG. 4 is a diagram of the storage and electrochemical energy recovery system according to a second embodiment of the invention, with circulation of the electrolyte.
  • FIG. 5 is a diagram of the storage and electrochemical energy recovery system according to a third embodiment of the invention, with circulation of the electrolyte.
  • FIG. 6 is a schematic 3D view of an example of redox particles according to the invention.
  • Figure 7 is a schematic 3D view of another example of redox particles according to the invention.
  • the object of the invention is to propose a system for storing and restoring electrochemical energy "with a stream of redox particles", and a method implementing such a system, in which the electroactive material in the form of particles. solids comprises redox polymers.
  • redox particle flux The system for storing and restoring electrochemical energy, referred to as "redox particle flux”, and the process implementing such a system, are the subject of the French patent application filed under No. 15 / 56,883, of which a large part of the description is repeated below.
  • the flow of electro-active material circulating between the electrochemical cell and the reservoirs is primarily a stream of solid particles, said circulating stream possibly comprising the electrolyte.
  • the electro-active matter in the form of solid particles does not dissolve or little in the electrolyte, and the oxidation-reduction reactions occur within the particles bathed with the electrolyte in the reactive zones of the cell electrochemical.
  • the electroactive material in the form of solid particles, comprises at least one redox polymer.
  • anode compartment is meant the reaction zone where an electrochemical oxidation reaction (electron emission) takes place, as opposed to the compartment cathode which is the reaction zone where an electrochemical reduction reaction takes place (absorption of electrons).
  • redox is used to denote the chemical reactions of reduction and oxidation.
  • a redox polymer is thus a polymer capable of experiencing reduction and oxidation reactions.
  • the anode compartment contains the negative or anode electrode
  • the cathode compartment contains the positive electrode or cathode
  • the anode compartment where an oxidation reaction occurs which allows the emission of electrons when the system is discharging (discharges) becomes the locus of a reduction reaction if a current is applied to the system in order to recharge it.
  • anode and cathode compartments are defined in the present description with reference to the discharge state of the system.
  • redox particles solid particles comprising redox compounds.
  • the redox particles of at least one compartment of the cell comprise a redox polymer.
  • a more detailed description of these particles is given below, in particular in relation with FIGS. 6 and 7.
  • the present invention does not exclude the use of redox couples other than redox polymers, for example as described in the French patent application filed under No. 15 / 56,883, to form redox particles of a compartment while the other compartment comprises particles of redox polymers. Examples of such redox couples are described below.
  • the particles remain in a solid form, that the active substances they contain are in reduced or oxidized form.
  • the particles may contain an electrical percolant, also known as electronic percolator.
  • electrical percolant is meant a compound that allows the passage of electrons, such as carbon black.
  • the electrolyte is an ionic conductive liquid which impregnates the particles. It is not intended to solubilise the active ingredients contained in the particles. In this sense, the electrolyte contains little or no, in dissolved form, the redox polymers in their reduced or oxidized form used at the electrodes.
  • the electrolyte however contains dissolved ions allowing the ionic conduction between the electrodes and / or secondary ions participating in the redox reactions at each of the electrodes.
  • it may be an aqueous solution comprising, for example, sulfuric acid H 2 SO 4 (H 3 O + ions, SO 4 2- ).
  • the term "solvent" is also used in the present description for This definition of the electrolyte thus corresponds to that usually given for conventional batteries ("secondary batteries").
  • the term "electrode” means the active material in the form of a bed of solid particles bathed in the electrolyte where the redox reactions occur and in which the electrons move to the current collector.
  • the present invention thus distinguishes the electrode and the current collector, the latter being formed of non-electro-active material (does not undergo redox reactions) and serving to collect the electrons coming from the cell or from an electrical circuit. outside and transport them to or from this outdoor circuit.
  • Said current collector is thus defined in the same way as in conventional batteries ("primary batteries” and “secondary batteries”).
  • Cycling of a battery means the cyclic process of charging and discharging the battery.
  • the terms “cycler” and “cycled” are also used, referring to the cyclic charge / discharge action.
  • the storage and electrochemical energy storage system 1000 comprises at least one electrochemical cell 100 comprising an enclosure 101 formed by anode compartment A and a cathode compartment C.
  • the cell 100 is represented in a vertical section.
  • the two compartments which are the zones comprising the active ingredient and where the redox reactions occur, contain an electrolyte 103, and are separated by a separator 102, an electrical insulator and permeable to the ions contained in the electrolyte.
  • the separator 102 is a surface disposed along a substantially vertical axis as shown in FIG.
  • the separator 102 comprises or consists of a porous polymer.
  • the electrolyte is a liquid solution comprising ions that will participate in the redox reactions on either side of the separator in each of the compartments.
  • it may be an aqueous solution, comprising, for example, sulfuric acid H 2 SO 4 , potassium hydroxide KOH, or potassium sulphate, or an organic solution for example based on alkyl carbonates and a tetraethylammonium perchlorate (C 2 H 5 ) 4 N + ClO 4 - or lithium hexafluorophosphate LiPF 6 salt.
  • dissolved ions are preferably chosen from the following ions, without being limiting:
  • protons H + , or in solvated form, for example H 3 0 + in water
  • alkali Li + , Na + , K +
  • tri-alkylammonium or tetraalkylammonium substituted or unsubstituted imidazolium, tetraalkylphosphonium, alkylpyridinium, dialkylpyrolidinium;
  • the choice of the electrolyte is made according to the type of electroactive material, e.g. the redox polymers, chosen for the 1000 system.
  • the electrolyte is not a solvent of the polymer.
  • the electrolyte may alternatively be a solvent for the polymer if the redox polymer is shaped so as to be insoluble or poorly soluble in the electrolyte, as may be the case with particles in the form of grains formed by a porous support comprising a redox polymer grafted or trapped in the porosity of the support by crosslinking. These formatting is described later.
  • the anode compartment A comprises a negative electrode 104 in the form of a bed of a first type of sedimented redox particles 1, immersed in the electrolyte 103.
  • the cathode compartment C comprises a positive electrode 108 in the form of a bed of a second type of sedimented redox particles 2, immersed in the electrolyte 103.
  • the anode compartments A and cathode C are each defined by a volume between the separator 102 and a current collector dedicated to each compartment (105, 109).
  • the current collectors 105 and 109 are, for example, metal plates or plates formed of vitreous or graphitic carbon or else of an electronically conductive composite material, for example a polymer loaded with non-electroactive conductive particles, such as graphite or nanotubes. carbon, graphene, vitreous carbon.
  • the current collectors do not themselves undergo redox activity.
  • Collectors can plates having a surface provided with elements in relief, for example provided with pins, in order to increase the exchange surface with the redox particles and to limit the electronic paths between the particles.
  • Each anode compartment A and cathode C has at its top an inlet (106, 1, 10) for receiving an incoming flow of particles (10, 12), and at its base an outlet (107, 1, 1 1) for evacuating an outgoing flow. of particles (1 1, 13).
  • Each bed of particles (104, 108) is movable in a gravity flow which is made from the inlet (106, 1 10) of the compartment to its outlet (107, 1 1 1).
  • the electrode 104 is in contact with the current collector 105: the bed of particles is in contact with the collector over the entire height of the collector. It is the same in the cathode compartment C, where the positive electrode 108 is in contact with the current collector 109 in the same way.
  • the assembly formed by the compartments and the separator, delimited on either side of the separator by the current collectors, may also be referred to as an air gap in the field of electrochemical processes.
  • This set, or gap, bathes entirely in the electrolyte.
  • the redox particles 1 and 2 in the form of beds sedimented in the compartments have a porous structure, which allows that they are also impregnated with electrolyte, and are electrically conductive, so as to allow the passage of electrons between the particles in contact in the bed to the electrical collector.
  • the system 1000 also comprises means (not shown) for regulating the incoming flows (10, 12) and the outgoing flows (11, 13) of the redox particles, in order to produce the gravity flow giving rise to the sedimentation of the particles in each compartment.
  • the first type 1 and second type 2 redox particles are respectively stored outside the cell 100 in the storage tanks 1 12 and 1 13.
  • the storage and the restitution of electrochemical energy are carried out by circulating the redox particles 1 between the storage tank 1 12 and the anode compartment A, and by circulating the redox particles 2 between the tank 1 13 and the cathode compartment C of the cell 100.
  • the redox reactions are carried out in the anode compartments A and cathode C of the cell 100 in order to store or restore electrochemical energy.
  • An incoming flow (10,12) and an outgoing flow (1 1, 13) are determined for each of the first and second types of particles (1, 2) so as to create a gravitational flow of the particles in each of the anode compartments A and C.
  • This flow makes it possible to form a mobile bed of sedimented particles (104, 108) in each compartment, such that the redox reactions and the electrical conduction are ensured by percolation of the electrons and of the electrolyte 103 in the sedimented particles of the moving bed ( 104.108).
  • the particles 1 and 2 are transported from the tanks 1 12 and 1 13 to the compartments A and C where they sediment, in the sense that they are deposited on each other and accumulate in the compartment, of in order to ensure electrical percolation up to the current collectors 105 and 109.
  • FIG. 2 which is schematically shown in section a detail of the cathode compartment C
  • the redox reactions causing the operation of the battery take place within the particles of the electrode in the form of a bed 108, the particles being in contact with each other, this contact being such that electrical percolation is ensured in the bed.
  • the dotted white arrows illustrate the electrical percolation with the passage of electrons "e " "from one particle to another, while the black arrows in solid lines illustrate the passage of ions" / ' "of the electrolyte within of porous particles to participate in redox reactions in the particles.
  • the active material of the negative electrode 104 oxidizes by releasing electrons collected by the collector 105 and sent into the external electrical circuit (not shown in FIG. 1), as in FIG. of what happens in a conventional electrochemical accumulator.
  • the active material of the positive electrode 108 is reduced by collecting electrons from the collector 109.
  • the particles must be electrically connected to the collector of the electrodes. current, which is ensured by the electrical conductivity of the particles and by their contact within the bed (sedimented particles).
  • the particles must also be accessible to the ions of the electrolyte that participate in the reaction, which is ensured by the porosity of the particles.
  • the particles are then impregnated with electrolyte. These ions thus diffuse into the electrolyte between the grains and then into the porosity of the grains, up to the place of the oxidation or reduction reaction.
  • the "discharged" active material formed by particles 1 and 2 which have undergone oxidation or reduction is removed from compartments A and C continuously during the discharge process, via the outlets 107 and 11 January at the base of the compartments, and the active material "charged” in the form of particles 1 and 2 in their oxidation state or initial reduction is introduced at the top of the compartments via the inputs 106 and 1 10.
  • a current source (not shown in FIG. 1) is applied to the system 1000 to allow the reversible redox reactions to occur in the opposite direction.
  • the particles 1 and 2 are circulated again to allow the discharged particles to charge and the charged particles to be discharged and stored in the tanks 1 12 and 1 13.
  • the amount of solid material in the form of redox particles, used in each of the tanks and its associated reaction compartment is almost constant over time . Particles do not burn; the active ingredient does not disappear over time.
  • Another advantage is to overcome the use of ion exchange membranes between the anode and cathode compartments, as is the case of conventional VRB flow-type batteries because the active materials remain in solid form .
  • a simple electrical insulating separator allowing a physical separation of the solid active material and permeable to the ions of the electrolyte, but without differentiation in the type of transferred ions, such as the separators used in conventional electrochemical accumulators, can to be used at a lower cost.
  • the present invention advantageously makes it possible, compared to slurry redox flow batteries, to use an electrolyte which is not made viscous by the presence of particles in suspension. As a result, there is little additional energy cost associated with pumping, in the case where it must be implemented. In addition the ionic conduction of the electrolyte is not affected as may be the case when the electrolyte is viscous, slowing the transport of ions. It is recalled that the so-called "slurry" systems are redox flow batteries implementing redox pairs of conventional batteries suspended in the electrolyte in circulation, such as the couples used in Li-ion batteries.
  • the patent application US2010 / 0047671 for example describes a redox flow battery in which at least one electrode comprises a circulating electrolyte containing redox particles in suspension.
  • This particular electrolyte is referred to as a semi-solid reagent, and may also be a colloidal suspension, an emulsion, a gel, or a micelle.
  • a major difficulty of these slurry systems consists in producing a suspension that is electrically conductive, which is done for example by adding conductive particles such as carbon particles, without increasing the viscosity to allow the suspension to circulate. The high viscosity of this type of solution also slows down the transport of ions, which hampers the smooth running of the redox reactions and reduces the performance of the battery.
  • These slurry systems also have other disadvantages, such as the need for large tanks to store the active ingredient in the form of a liquid-solid mixture which constitutes a large volume, a necessary homogenization of the suspension, risks of heterogeneous flows.
  • Another important advantage of the invention lies in the fact that the liquid phase constituted by the electrolyte is confined to the vicinity of the reaction zone, eg the anode compartments A and cathode C, and possibly to a larger zone formed by a tank in which the cell plunges, and is therefore not stored in large quantities as is the case of conventional redox flow batteries or slurry type.
  • the limited storage of the electrolyte makes it possible to improve the safety of the batteries and to reduce the environmental risks associated with the possible leaks of potentially toxic and / or flammable liquids.
  • the transport of the particles can be carried out, according to certain embodiments presented below, mechanically without the use of pumps, for example using worm gear systems. which simplifies the maintenance of the system and reduces operating costs.
  • the system according to the invention may comprise a plurality of electrochemical cells, as in the case of storage batteries, or in the case of conventional flow batteries, connected in series to obtain high voltages and thus obtain a power adapted to the intended application.
  • the cells can be side by side, and the anode and cathode compartments of each cell be powered by a particle distribution network.
  • Serialization can be done directly to the bipolarity of the current collectors: the collector of the negative electrode of a compartment may be on its other face the collector of the positive electrode of the neighboring compartment.
  • the reservoirs are preferably common to the different cells.
  • the dimensions of a system according to the invention can range, in the context of industrial applications, from a few dm 3 to several hundred m 3 .
  • the present invention is particularly well suited to stationary energy storage applications, such as the stationary storage of electrical energy from renewable energy sources, preferably photovoltaic or wind systems.
  • the present invention can also be implemented in other applications of stationary storage of electrical energy such as the storage of excess electrical energy in thermal and nuclear power plants.
  • the present invention also relates to the use of the electrochemical energy storage and delivery system described, preferably comprising a plurality of electrochemical cells, for the stationary storage of electrical energy, advantageously the stationary storage of the electrical energy from renewable energy sources, preferably from photovoltaic or wind systems.
  • the redox particles of the negative and / or positive electrodes comprise a redox polymer.
  • a polymer is an organic material composed of long molecular chains called macromolecules. They are constituted by the repetition of a monomeric unit (or pattern) in a covalent sequence.
  • Redox polymers are polymers containing electroactive groups that can reversibly be reduced or oxidized. These redox reactions, accompanied by an electronic exchange, may take place on an organic electroactive group or on an inorganic or organometallic electroactive group.
  • the redox reactions can be carried out on the main polymer chain, as is the case for the quinone / hydroquinone polymers, or on the side chains, as for example in the case of a polymer comprising organic side groups of the quinone or viologen type or still organometallic groups of ferrocene type or other chelated metals
  • Redox polymers can be classified according to the organic or inorganic / organometallic nature of the electroactive group, as illustrated for example in Figures 2 and 3 of the article by R. Garcia and D. Mecerreyes entitled "Polymers with redox properties: materials for batteries, biosensors and more "(Polymer Chemistry, 2013, 4, 2206-2214).
  • the redox polymers may have highly variable electronic conductivity properties depending on the structure of the polymer chain, whether or not they have conjugated double bonds, the presence or absence of electroactive groups on the side chains and their state. (oxidized or reduced).
  • the redox polymers used in the system and method according to the invention can be electronically conductive. They may be good intrinsic electronic conductors, for example due to the presence of conjugated double bonds. They may advantageously be chosen from the following non-exhaustive list of electron-conducting redox polymers: polyaniline, polypyrrole and polythiophene.
  • the redox polymers of the particles may have an electronic conductivity adapted to their use in a battery as described, without however being good intrinsic conductors (structure for example with little or no conjugated double bonds, and / or structure with electro-active sites spatially localized), due to a known electron transport mechanism of electro-active site in electro-active site ("hopping mode" in English), along the macromolecular chain (within the molecule of the polymer) , or between two macromolecules (between two molecules of the polymer).
  • the redox polymers are associated with an electronic percolator and / or are associated with an intrinsically electronically conductive support, to form redox particles that are electrically conductive, as described below.
  • the redox polymers may have a backbone (main polymer chain) of different nature.
  • the compounds forming the backbone of the redox polymer are chosen from:
  • Polyolefins among which polyethylene (PE), polypropylene (PP), polynorbornenes;
  • Aromatic polymers such as polystyrene and its derivatives
  • Polyacrylates for example polymethyl methacrylate (PMMA), polyacrylamide;
  • polymers obtained by condensation or addition such as polyimides polysiloxanes
  • polyurethanes polyvinyl ethers, polyacetylene, polyalkylene glycols
  • the redox polymers used according to the invention have a backbone formed by vinyl compounds, in particular polyacrylates, polymethacrylates, polyacrylamides, and polystyrene.
  • Examples of compounds mentioned that can form the backbone of the redox polymer are not limiting.
  • the redox polymers having a backbone as described above may comprise redox groups of different nature.
  • the redox polymers may comprise, without being limiting, the following groups:
  • nitroxide radicals such as (2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1-yl) oxy (TEMPO) and its derivatives, di-tert-butyl nitroxide and its derivatives, for example poly (2, 2 Methyl 6,6-tetramethylpiperidinyloxy-methacrylate) (PTMA) or poly (N-2, 2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyacrylamide or poly (para N-tetrabutyl, oxyamine styrene), poly (4-vinylpyridine) ;
  • PTMA 2, 2 Methyl 6,6-tetramethylpiperidinyloxy-methacrylate
  • quinone radicals such as antharquinones, naphthoquinones, poly (5-amino-1,4-naphthoquinone);
  • bipyridine radicals such as 4-4 'bipyridine and its derivatives, i.e. viologenes, for example poly (xylyviologen);
  • ferrocenes such as poly (vinylferrocene), poly (ethynylferrocene) and polyferrocene;
  • the redox polymers used according to the invention preferably comprise redox groups chosen from nitroxide, quinone, quinoxaline and bipyridine radicals, eg viologenes, verdazyls and ferrocenes. Formatting redox polymers in the form of particles
  • the redox particles comprising the redox polymers may be manufactured according to various processes, in particular to provide solid particles, preferably substantially spherical, of a size adapted to the operation of the cell, and which are electrically conductive, of suitable porosity, and insoluble in the electrolyte.
  • the redox particles of the negative and / or positive electrodes have the following properties:
  • the particles comprise a redox polymer in solid form, which is a redox polymer not soluble in the electrolyte or shaped so as not to be soluble in the electrolyte, under the operating conditions of the electrochemical cell, that this either in its oxidized or reduced form.
  • the active ingredient remains intact during the charging / discharging cycles, modulo a possible change in density;
  • the particles are in a solid form. They are thus mechanically resistant so as to reduce their erosion associated with their circulation and their storage method as and when cycles;
  • the particles are porous to allow their impregnation with the electrolyte for a good course of redox reactions.
  • the particles preferably have a macroporosity to promote the flow of electrolyte, and preferably also have a mesoporosity to maximize the exchange surface between the active ingredient and the electrolyte.
  • the macroporosity is conventionally defined as formed by pores larger than about 50 nm, and the mesoporosity as formed by pores ranging in size from about 2 nm to 50 nm. Methods for determining the pore size distribution are described in ISO 15901-1, ISO 15901-2 and ISO 15901 -3;
  • the particles are electrically conductive, preferably at their outer surface and preferably also within them, to allow on the one hand the electrical contact between the grains and on the other hand to bring the electrons to the active material;
  • the particles have a size adapted to the operation of the cell as described. In particular, they must have large enough dimensions to allow sedimentation in the liquid phase and to allow separation from the electrolyte during their transport out of the cell, but also sufficiently small dimensions and to allow the ion transfer without affecting too much. the power of the system so that ion transport is done over distances that do not limit the power of the system.
  • the particles have a size at least 10 times smaller than the width defined between the separator 102 and the current collector 105 or 109, in particular to ensure good flow of the particles.
  • the particles have a mean diameter of between 100 ⁇ and 5 mm, and preferably between 500 ⁇ and 2 mm.
  • the particles are preferably substantially spherical to facilitate their circulation and percolation in compartments A and C.
  • At least one redox polymer is used according to the invention: at least one of the positive electrodes 108 or negative 104 comprises a redox polymer.
  • each of the positive and negative electrodes 108 comprises a redox polymer: the first type of redox particles 1 and the second type of redox particles 2 each comprise a redox polymer.
  • the redox polymer of the first type of particles 1 preferably has a redox potential remote from the redox polymer of the second type of particles 2, and both preferably have a relatively high specific energy density in order to provide a high density battery. energy and power.
  • the particles can be put in two main forms detailed below, each of which can comprise several variants: (1) in the form of porous grains formed by the redox polymers, without porous support, or (2) in the form porous grains formed by a porous support containing the redox polymers.
  • Redox particles porous grains formed by redox polymers, without porous support
  • a first main shaping consists in forming a grain with a redox polymer without porous support.
  • the grain formed is solid, porous, preferably substantially spherical, and has the other various properties described above.
  • the redox polymers are formed into porous and solid pseudospheres.
  • the redox polymer grains can be formed by foaming.
  • Foaming consists of formulating a polymer with a foaming agent, also commonly called porogen, which by thermal degradation at a moderate temperature (below the degradation temperature of the redox polymer) generates gaseous compounds capable of causing foaming. Since redox polymers generally have insufficient electronic conductivity, the porosity of the grain formed by the redox polymer is at least partially filled with an adequate amount of an electronically conductive material, such as carbon black. If the polymer can be extruded, for example, the grain can be obtained by hot mixing the polymer and the electronic percolator, ie the carbon black, with a blowing agent.
  • a solid conductive electrical layer porous and permeable to the ions contained in the electrolyte, thus forming a core-shell structure
  • core-shell in English
  • the redox particles thus have a core-shell type structure as shown in FIG.
  • the shell 700 corresponds to the solid layer made of electrically conductive material, porous and permeable to the electrolyte and its ions, and the active substance 701 , eg the redox polymer (s) is (are) inside this shell 700.
  • Redox particles porous grains formed by a porous support containing redox polymers
  • a second main shaping consists in forming a grain by associating a redox polymer with a porous electronically conductive support, said formed grain being then solid, porous, preferably substantially spherical, and having the other various properties described above.
  • the support is preferably a sphere made of a conductive electronic material, such as a sphere of metal foam or carbon foam, said carbon foam being preferably graphitic.
  • a conductive support has the advantage of allowing the use of many polymers, whether they are electronic conductors or not.
  • Any other material of electronic conductivity adapted to its use in the electrochemical system according to the invention and which can be put into the form of a porous particle may be suitable.
  • grafting of redox polymers onto the porous electronically conductive support is carried out.
  • the grafting consists in immobilizing by a strong energy bond (covalent, electrostatic, etc.) a chemical species on a support. In the present case, it is a question of grafting the polymer on the surface of a porous conductive support.
  • the redox polymer is grafted onto the porous support so as to be present in the grain (in the pores of the grain).
  • the redox polymers can also be associated with the porous support according to other techniques:
  • the support can be impregnated with a solution of the polymer or monomer and with a crosslinking agent.
  • the crosslinking consists of a covalent coupling of polymers with a degree of functionality greater than 2 in order to form a covalent three-dimensional structure of infinite theoretical molecular weight.
  • the crosslinking of the polymer in the porosity of the support leads to the formation in situ of a three-dimensional (3D) network of the polymer.
  • the grain thus formed with its 3D network of the polymer in the porosity is particularly useful for physically limiting the solubilization of redox polymers in the electrolyte when said polymers are soluble in the electrolyte.
  • the support can be impregnated with a solution of redox polymer (suitable solvent) and then dried. The polymer is then deposited in the porosity of the porous support.
  • redox polymer suitable solvent
  • FIG. 6 illustrates porous grain type redox particles formed by a porous support containing redox polymers.
  • the redox particle 2 has a spherical shaped structure 600 obtained from the conductive foam shaping 605, for example a metal or carbon foam, shown in black.
  • the sphere 600 is filled with the active material 601, e.g. the redox polymers, shown in gray.
  • the whole grain is porous.
  • the porosity of the particle 2 is related to that of the conductive foam itself as well as the structure formed by the redox polymers within the initial porosity of the conductive foam.
  • the invention does not exclude the use of solid redox couples other than redox polymers to form redox particles of one compartment of the electrochemical cell while the other compartment comprises redox polymer particles. Examples of such pairs are given in the French patent application filed under No. 15 / 56,883, and briefly recalled below.
  • the set of redox couples of conventional accumulators can be used provided that it can be put in the form of electrical and insoluble conductive grains having the properties mentioned above.
  • redox pairs conventionally used in lead-acid type batteries such as the Pb / PbSO 4 or PbO 2 / PbSO 4 redox pairs, preferably in combination with an aqueous electrolyte and comprising sulfuric acid H 2 S0 4 ;
  • redox couples conventionally used in NiMH or NiCd alkaline type batteries, for example the Cd / Cd (OH) 2 redox couple, a M / MH redox couple, M being a metal hydride, the redox pair NiOOH / Ni (OH) 2 , preferably in combination with an aqueous electrolyte and comprising potassium hydroxide KOH;
  • redox pairs of lithium-ion (Li-ion) type batteries comprising lithium ion intercalation materials, such as redox couples comprising carbon, for example LiC 6 / C 6 , redox couples comprising titanate, lithium, for example the redox couple redox couples comprising intermetallic alloys, for example alloys combining lithium with silicon (Si), tin (Sn), antimony (Sb) or aluminum (Al), composite redox couples consisting of a mixture of previous pairs with carbon such as Si / C, metal oxides of the family of 2D lamellar oxides of LiM0 2 type with M a metal such as LiCo0 2 (LCO), LiNiO.8Coo.15Alo.05O2 (NCA) and LiNi x Mn y Co z 0 2 (NMC), compounds of spinel structure of the type UM 2 O 4 , for example LiMn 2 0 4 (LMO), materials of HV-spinel type (High Voltage
  • a first method of manufacture consists in shaping a redox couple both good electronic conductor in the oxidized state and in the reduced state, to produce porous and solid spheres.
  • a conventional electrochemical accumulator electrode formulation comprising a high electron percolant concentration and comprising a binder for obtaining a mechanically strong particle can be used as a material to form the redox particles.
  • a second method of manufacture is to impregnate spheres of metal foam or carbon foam by a redox couple. Electrical conductive additives may be added to the redox couples, for example carbon black type.
  • a third method of manufacture consists in producing a sphere formed of a redox couple, well electrically percolated therein by the addition of an adequate amount of electrical percolant, for example carbon black type, and covering this sphere by an electrically conductive solid layer, porous and permeable to the ions contained in the electrolyte, such as a layer composed of carbon.
  • the particles thus have a core-shell structure.
  • organic molecule redox couples can also be used to form redox particles of one compartment of the electrochemical cell while the other compartment comprises redox polymer particles.
  • a grafting technique of the organic redox molecules is required to form the particles, for example an electrografting technique by oxidizing or reducing route, chemical grafting by click chemistry or from diazonium salts.
  • These organic molecules may be quinones, quinoxalines, nitroxides, metallocenes.
  • the electrochemical cell is in some way hybrid, with a first type of particles comprising a redox polymer in a compartment and a second type of non-polymeric redox particles (non-polymeric organic redox molecule or redox metal pair), the The electrolyte is chosen to be compatible with both types of particles for the operation of the battery (nature of the solvent, dissolved salts, pH).
  • the electrolyte can be static in the compartments of the electrochemical cell, or be mobile if the system comprises means for circulating the electrolyte.
  • Some configurations may include mechanical transport means of redox particles, and others pneumatic conveying means thereof.
  • Some configurations may also include two particle storage tanks, and other four tanks allowing separation of the reduced and oxidized particles exiting the compartments of the cell.
  • FIGS 3 to 5 show examples of non-limiting embodiments.
  • the transport of the redox particles 1 and 2 to the storage tanks 312 and 313 is done by mechanical transport means, such as a worm system.
  • the system 3000 comprises an electrochemical cell 300 comprising an enclosure 301 formed of the anode compartments A and cathode C separated by the electrically insulating separator 302 and permeable to ions of the electrolyte 303.
  • the system is shown to operate in the discharge direction, as it appears through the direction of flow of the electrons in the external circuit 317 connected to the current collectors 305 and 309 in contact with the negative electrodes 304 and positive 308.
  • the circuit 317 allows the circulation of the electrons produced at the anode, thus generating a current.
  • the circuit 317 also makes it possible to transmit a current discharged by an external generator in order to recharge the battery.
  • the anode compartment is the place of reactions of reduction of the active material of the particles 1 of the negative electrode, and the cathode compartment the place of oxidation reactions of redox particles of second type 2.
  • the system comprises a tank 314 containing the electrolyte 303.
  • the chamber 301 is immersed in this tank, so that the electrolyte 303 bathes the entire bed of particles (304, 308) in each of the anode compartments A and cathode C of the enclosure 301.
  • the tank 314 comprises two zones 315 and 316 separated by an electrically insulating wall 319 which is chemically resistant to the electrolyte and is respectively in communication with the anode compartment A and the cathode compartment C.
  • the first type of particles 1 of the negative electrode 304 are injected through the top of the air gap, at the inlet 306 of the anode compartment A, via conduit-type supply means 320, preferably positioned at the bottom storage tank 312, which comprise means 321 for regulating the incoming flow of particles, for example mechanical valves.
  • the bed of sedimented particles 304 progressively descends at the same time as the particles 1 undergo oxidation releasing electrons into the system.
  • the oxidized particles 1 are discharged through the outlet 307, comprising regulating means 318 of the outflow, of the mechanical valve type, and are collected in the zone 315 of the tank 314, where they accumulate at the bottom of the tank.
  • the oxidized particles 1 are transported from the bottom of the tank to the tank 312 by a device comprising a worm, allowing the particles to drip when they rise in the screw. The electrolyte thus remains in the tank 314.
  • the redox particles in their reduced form are generally at the bottom of the tank, and the oxidized redox particles at the top of the tank following prolonged operation in discharge.
  • Means for mixing the particles such as propellers, may optionally be mounted in the tank, to ensure mixing of the particles if the sequence of charging and discharging phases requires the addition of particles available for charging.
  • the same configuration and the same principle applies to the second type 2 particles of the positive electrode 308, which are injected into the cathode compartment C at the inlet 31, in their oxidized form, which undergo a reduction during their progress towards the bottom of the compartment.
  • the particles 2 are collected in their reduced form in the zone 316 at the bottom of the tank 314, via the outlet 31 1 of the cathode compartment C.
  • the reduced particles 2 are then transported to the tank 313 in the same manner as the particles of first type 1.
  • the system comprises four storage tanks, two for each type of redox particles, thus making it possible to separate the oxidized and reduced redox particle circuits for each type of particles.
  • each tank independently feeds by means of self-supply the associated compartment of the cell.
  • the particles 1 of the negative electrode in oxidized form, or partially oxidized are injected from the top of the gap.
  • the particles 1 are reduced by a power supply placed on the external circuit 317 which injects electrons via the collector 305.
  • the second type redox particles 2 of the positive electrode sent in a reduced or partially reduced form in the compartment cathode C, undergo at the same time an oxidation and electrons are emitted and collected at the collector 309.
  • the system according to the invention may further comprise means for circulating the electrolyte to circulate the electrolyte out of the chamber 101, in particular to homogenize the ion concentration at the interfaces and improve the operation and the power of the system.
  • the electrolytic solution is in motion in each of the anode compartments A and cathode C, and circulates between each of the compartments and a storage area of the electrolyte.
  • This electrolyte storage zone may be a part of the particle storage tank, as is the case of the second embodiment, described below in connection with FIG. 4, or may be a downstream recovery zone. of the chamber, distinct from the storage tanks of the particles, as is the case of the third embodiment, described below in connection with Figure 5. According to a second embodiment, illustrated in FIG.
  • the system 4000 is substantially identical to that of the first embodiment with regard to the cell 400 and the chamber 401 immersed in a tank 414.
  • the descriptive part in FIG. relation with references 300 to 321 is identical for the objects identified under references 400 to 421 and is not repeated here.
  • the means for circulating the electrolyte comprise a system of conduits 422 and 423 provided with pumps 425 and 424.
  • the line 422 provided with the pump 425 makes it possible to transport a mixture comprising the electrolyte 403 and the first type particles 1 from the zone 415 of the tank 414 to the tank 412.
  • the pipe 423 provided with the pump 424 transports a mixture comprising the electrolyte 403 and the particles first type 2 from zone 416 of tank 414 to tank 413.
  • separating means 427 for example a sieve adapted to the size of the redox particles used, make it possible to separate the particles of the electrolyte 403 contained in each of the liquid / solid mixtures extracted from the tank. .
  • the screens are positioned in the lower part of the tanks, the storage of the electrolyte occupying a minor volume compared to the storage volume of the particles.
  • the portion of the tanks used for storing electrolyte 403 is fluidly connected to tank 414: conduit introduction means (425,426) of electrolyte 403 connect the lower part of the tanks to tank 414. L introduction of the electrolyte can be done directly in the anode compartments A and cathode C of the cell 400, or be in the areas 415 and 416 of the tank 414.
  • the system 5000 is substantially identical to that of the first embodiment with regard to the cell 500.
  • the descriptive part in relation with the references 300 to 313, 317 and 3181 is identical for the objects identified under references 500 to 513, 517 and 518 and is not repeated here.
  • the electrolyte circulation means comprise a pipe system 526 which carries the electrolyte 503 discharged from the anode compartments A and cathode C together with the particles 1 and 2, and recovered in a device downstream recovery of the outlets (507.51 1).
  • the recovery device also makes it possible to recover the redox particles and to separate them from the electrolyte in order to collect them in two separate zones 515 and 516.
  • recovery thus comprises a container 514 provided with a bottom 524 surmounted by a sieve 525 for retaining the first type 1 and second type 2 particles respectively in the zone 515 and the zone 516, and for passing the electrolyte 503 in the bottom 524 of the container.
  • the pipe system 526 comprises at least one pump 527 for transporting the electrolyte 503 from the bottom 524 of the container 514 to the head of the anode compartments A and cathode C of the enclosure 501.
  • the transport of the first type 1 and second type 2 particles is done in the same way as for the first embodiment, using mechanical transport means such as a worm system, bringing the particles from areas 515 and 516 of the recovery device to tanks 512 and 513

Abstract

The invention relates to a novel type of redox flow battery, termed a "redox particle flow" battery, in which the active positive and negative materials, e.g. the redox pairs employed at the positive electrode and the negative electrode, are solid-phase redox polymers. The redox polymers are formed as electrically conductive particles which are transported, gradually as needed, into the electrolyte-bathed reaction zone, where they form a sediment and percolate electrically to the current collectors, enabling the redox reactions to take place and the operation of the battery.

Description

SYSTEME ET PROCEDE DE STOCKAGE ET DE RESTITUTION D'ENERGIE ELECTROCHIMIQUE A FLUX DE PARTICULES DE POLYMERES REDOX  SYSTEM AND METHOD FOR STORAGE AND RESTITUTION OF ELECTROCHEMICAL FLOW ENERGY OF REDOX POLYMER PARTICLES
Domaine de l'invention Field of the invention
La présente invention concerne le domaine des systèmes de stockage et de restitution électrochimique de l'énergie, en particulier les batteries à circulation ou à flux redox (« redox flow » en anglais) dans lesquelles les matières actives sont mises en circulation et stockées dans des réservoirs externes.  The present invention relates to the field of energy storage and electrochemical storage systems, in particular redox flow or redox flow batteries in which the active ingredients are circulated and stored in external tanks.
En particulier, la présente invention porte sur l'utilisation de polymères redox en tant que matières actives dans un type de batterie à flux redox particulier, dit «à granulés » ou « à flux de particules redox», dans lequel les matières actives positives et négatives sont mises sous forme de grains conducteurs électriques circulant et sédimentant dans respectivement les compartiments cathodique et anodique de la batterie. Contexte général  In particular, the present invention relates to the use of redox polymers as active ingredients in a particular type of redox flow battery, called "pellet" or "redox particle flow", in which the active ingredients positive and negative are put in the form of electrical conducting grains circulating and sedimenting respectively in the cathode and anode compartments of the battery. General context
L'usage des polymères redox en tant que matières actives est connu dans le domaine des batteries. Parmi les intérêts affichés à leur utilisation, on peut citer la recherche d'une plus faible toxicité que celle de certains matériaux à base de métaux, la recherche de meilleures performances capacitives ou la fabrication de batteries à des coûts moindres.  The use of redox polymers as active ingredients is known in the field of batteries. Among the interests displayed in their use are the search for lower toxicity than that of certain metal-based materials, the search for better capacitive performance or the manufacture of batteries at lower costs.
On connaît par exemple des accumulateurs électrochimiques conventionnels qui permettent de stocker réversiblement de l'énergie électrique sous forme chimique, comportant des polymères redox en tant que matière électro-chimiquement active. Un accumulateur conventionnel est un système fermé et compartimenté comportant au moins deux compartiments comprenant chacun un collecteur de courant, pour les électrodes positive et négative. Ces compartiments sont séparés par un séparateur poreux et conducteur ionique qui isole électroniquement l'électrode positive de l'électrode négative. Au sein d'un container fermé et étanche, l'électrolyte liquide qui imprègne les matières actives des électrodes positive et négative ainsi que le séparateur, permet aux molécules de solvant et aux charges ioniques de migrer au sein du système et de s'équilibrer. Lorsque l'accumulateur est placé dans un circuit électrique fermé, la matière active de chaque électrode au contact de l'électrolyte est le siège de réactions électrochimiques réversibles d'oxydation (qui conduit à une perte d'électrons) et de réduction (qui conduit à un gain d'électrons). Dans cette configuration, des polymères redox ont été mis en œuvre comme matière active d'électrodes, formulés avec des charges conductrices au besoin pour assurer une bonne conduction électronique et former un dépôt sur les collecteurs de courant. L'ensemble constitue alors une électrode. Ces accumulateurs conventionnels mettant en œuvre des polymères redox présentent des avantages en termes de capacité électrochimique, de mise en œuvre et de non toxicité. Cependant, un inconvénient majeur rencontré dans ces accumulateurs conventionnels mettant en œuvre des polymères redox consiste en des problèmes de stabilité dans le temps. En particulier, les polymères redox ont tendance à se dissoudre dans le solvant de l'électrolyte, ce qui limite leur utilisation en cyclage dans des batteries sur le long terme. For example, conventional electrochemical accumulators are known for reversibly storing electrical energy in chemical form, comprising redox polymers as electro-chemically active material. A conventional accumulator is a closed and compartmentalized system comprising at least two compartments each comprising a current collector, for the positive and negative electrodes. These compartments are separated by a porous separator and ion conductor that electronically isolates the positive electrode from the negative electrode. In a closed and sealed container, the liquid electrolyte that impregnates the active materials of the positive and negative electrodes as well as the separator, allows solvent molecules and ionic charges to migrate within the system and to equilibrate. When the accumulator is placed in a closed electrical circuit, the active material of each electrode in contact with the electrolyte is the seat of reversible electrochemical reactions of oxidation (which leads to a loss of electrons) and reduction (which leads to to a gain of electrons). In this configuration, redox polymers have been implemented as active material of electrodes, formulated with conductive fillers as needed to ensure good electronic conduction and form a deposit on the current collectors. The assembly then constitutes an electrode. These conventional accumulators employing redox polymers have advantages in terms of electrochemical capacity, implementation and non-toxicity. However, a major disadvantage encountered in these conventional accumulators employing redox polymers consists of stability problems over time. In particular, redox polymers tend to dissolve in the solvent of the electrolyte, which limits their use in cycling in batteries in the long term.
On connaît également des batteries à flux mettant en œuvre des polymères redox comme matière électro-chimiquement active. Une batterie à flux est caractérisée par la mise en circulation des réactifs (un oxydant d'un côté et un réducteur de l'autre) à partir de réservoirs de stockage, jusqu'à la cellule électrochimique à double compartiment où ils sont séparés par un séparateur et réagissent en présence des électrodes positive et négative. Les polymères redox sont typiquement utilisés sous forme liquide, dissous dans un solvant, comme par exemple décrit dans la demande de brevet WO14026728A. Dans la demande WO14026728A, les composés électro-actifs sont en effet des matériaux de haute masse moléculaire comme les polymères redox ou les oligomères redox, et la membrane est une membrane à exclusion stérique pour séparer les composés de haute masse moléculaire du solvant. Cependant, la densité énergétique de telles batteries à flux redox est liée à la solubilité du polymère dans l'électrolyte, et par là même est limitée par la solubilisation des matières actives. Si l'on concentre le polymère redox, on se heurte alors à une augmentation de la viscosité du milieu qui pose des problèmes de pompage et conduit à un moindre rendement énergétique.  Flow batteries are also known using redox polymers as electro-chemically active material. A flow battery is characterized by the circulation of reagents (an oxidant on one side and a reductant on the other) from storage tanks to the double compartment electrochemical cell where they are separated by a separator and react in the presence of the positive and negative electrodes. The redox polymers are typically used in liquid form, dissolved in a solvent, as for example described in the patent application WO14026728A. In the application WO14026728A, the electroactive compounds are indeed high molecular weight materials such as redox polymers or redox oligomers, and the membrane is a steric exclusion membrane for separating the high molecular weight compounds from the solvent. However, the energy density of such redox flux batteries is related to the solubility of the polymer in the electrolyte, and thereby is limited by the solubilization of the active ingredients. If the redox polymer is concentrated, then there is an increase in the viscosity of the medium which causes pumping problems and leads to a lower energy efficiency.
Les mises en œuvre des polymères redox dans les systèmes de stockage électrochimique de l'énergie électrique connus sont insatisfaisantes. Certaines dégradent les propriétés capacitives de ces matériaux et ne permettent pas de remplir durablement la fonction de stockage réversible visée, d'autres présentent des problèmes de densité de puissance et/ou de densité d'énergie et/ou de pompage.  The implementations of the redox polymers in known electrochemical energy storage systems are unsatisfactory. Some degrade the capacitive properties of these materials and do not make it possible to sustainably fulfill the intended reversible storage function, while others have problems of power density and / or energy density and / or pumping.
Ainsi, il existe un besoin de fournir un système de stockage et de restitution électrochimique de l'énergie mettant en œuvre des polymères redox, qui surmonte au moins en partie les problèmes de l'art antérieur décrits. Par ailleurs, la demanderesse a décrit dans la demande de brevet français déposée sous le numéro 15/56.883 des batteries redox à flux redox d'un nouveau type, appelées batteries « à flux de particules redox » ou « à flux redox à granulés », dans lesquelles les matières actives positives et négatives, e.g. les couples redox employés à l'électrode positive et à l'électrode négative, sont en phase solide. Les matières actives sont mises sous forme de grains conducteurs électriques qui sont transportés au fur et à mesure des besoins dans la zone réactionnelle baignée d'un électrolyte, où ils sédimentent et percolent électriquement jusqu'aux collecteurs de courant, ce qui permet de réaliser les réactions redox et le fonctionnement de la batterie. Ces batteries utilisent typiquement des couples redox des accumulateurs conventionnels, par exemple les couples Pb/PbS04 et Pb02/PbS04 utilisés dans les batteries de type plomb-acide, ou encore des couples redox classiquement utilisés dans les batteries de type alcalin NiMH ou NiCd ou dans les batteries de type lithium- ion (Li-ion). Thus, there is a need to provide an electrochemical energy storage and retrieval system employing redox polymers, which overcomes at least in part the problems of the prior art described. Furthermore, the Applicant has described in the French patent application filed under number 15 / 56.883 redox batteries with redox flow of a new type, called "redox particle stream" or "redox flow pellet" batteries, wherein the positive and negative active materials, eg the redox couples employed at the positive electrode and the negative electrode, are in the solid phase. The active materials are put into the form of electrically conductive grains which are transported as and when required into the reaction zone bathed with an electrolyte, where they sediment and percolate electrically up to the current collectors, which makes it possible to carry out the redox reactions and battery operation. These batteries typically use redox torques of conventional accumulators, for example the Pb / PbSO 4 and PbO 2 / PbSO 4 pairs used in lead-acid type batteries, or redox couples conventionally used in NiMH or alkaline type batteries. NiCd or lithium ion batteries (Li-ion).
La présente invention porte sur l'utilisation de polymères redox en tant que matières actives dans ce nouveau type de batterie redox à flux.  The present invention relates to the use of redox polymers as active ingredients in this new type of flux redox battery.
Objectifs et résumé de l'invention Objectives and summary of the invention
La présente invention vise en particulier à fournir un système de stockage et de restitution électrochimique de l'énergie qui présente des performances améliorées en termes de densité de puissance et d'énergie, en comparaison avec les systèmes connus mettant en œuvre des polymères redox, et qui peut être cyclé durablement sans rencontrer les limitations de l'état de l'art.  The present invention aims in particular to provide an electrochemical storage and electrochemical energy recovery system which has improved performance in terms of power and energy density, in comparison with known systems using redox polymers, and which can be cycled sustainably without encountering the limitations of the state of the art.
De manière générale, la présente invention vise à fournir un système de stockage et de restitution d'énergie électrochimique à flux redox permettant d'utiliser des polymères redox en tant que matière électro-active : In general, the present invention aims at providing a system for storing and restoring electrochemical energy with a redox flow making it possible to use redox polymers as electroactive material:
- tout en améliorant la sécurité et en limitant les risques environnementaux liés au stockage de liquides toxiques et/ou inflammables ;  - while improving safety and limiting the environmental risks associated with the storage of toxic and / or flammable liquids;
- permettant, comme les batteries à flux redox classiques, le découplage entre la puissance et la capacité énergétique du système, et pouvant avoir une forte capacité énergétique selon la taille des réservoirs de matière active employés ;  allowing, as conventional redox flow batteries, the decoupling between the power and the energy capacity of the system, and which can have a high energy capacity according to the size of the active substance tanks used;
- permettant de diminuer le cout énergétique lié au pompage de l'électrolyte si un tel pompage est envisagé. Ainsi, pour atteindre au moins l'un des objectifs susvisés, parmi d'autres, la présente invention propose, selon un premier aspect, un système de stockage et de restitution d'énergie électrochimique à flux de particules redox comportant : - To reduce the energy cost of pumping the electrolyte if such a pumping is envisaged. Thus, to achieve at least one of the above objectives, among others, the present invention proposes, according to a first aspect, a system for storing and restoring electrochemical energy with a redox particle stream comprising:
- au moins une cellule électrochimique comprenant une enceinte formée par un compartiment anodique et un compartiment cathodique contenant un électrolyte et séparés par un séparateur isolant électrique et perméable aux ions contenus dans l'électrolyte, ledit séparateur étant disposé selon un axe sensiblement vertical ;  at least one electrochemical cell comprising an enclosure formed by an anode compartment and a cathode compartment containing an electrolyte and separated by an electrically insulating and ion-permeable separator contained in the electrolyte, said separator being disposed along a substantially vertical axis;
o ledit compartiment anodique comprenant une électrode négative sous forme d'un lit d'un premier type de particules redox sédimentées baignant dans l'électrolyte, ledit compartiment anodique étant défini entre ledit séparateur et un premier collecteur de courant électrique en contact avec ladite électrode négative, et ledit compartiment anodique comprenant une entrée à son sommet et une sortie à sa base pour respectivement recevoir et évacuer un flux entrant et un flux sortant du premier type de particules redox;  said anode compartment comprising a negative electrode in the form of a bed of a first type of sedimented redox particles immersed in the electrolyte, said anode compartment being defined between said separator and a first electrical current collector in contact with said negative electrode; and said anode compartment comprising an inlet at its top and an outlet at its base for respectively receiving and discharging an incoming stream and a stream exiting the first type of redox particles;
o ledit compartiment cathodique comprenant une électrode positive sous forme d'un lit d'un deuxième type de particules redox sédimentées baignant dans l'électrolyte, ledit compartiment cathodique étant défini entre ledit séparateur et un deuxième collecteur de courant électrique en contact avec ladite électrode positive, et ledit compartiment cathodique comprenant une entrée à son sommet et une sortie à sa base pour respectivement recevoir et évacuer un flux entrant et un flux sortant du deuxième type de particules redox ;  said cathode compartment comprising a positive electrode in the form of a bed of a second type of sedimented redox particles immersed in the electrolyte, said cathode compartment being defined between said separator and a second electrical current collector in contact with said positive electrode; and said cathode compartment including an inlet at its top and an outlet at its base for respectively receiving and discharging an incoming stream and a stream exiting the second type of redox particles;
o lesdits lits du premier et deuxième type de particules étant mobiles selon un écoulement gravitaire depuis l'entrée vers la sortie de chacun des compartiments anodique et cathodique, et lesdites particules de premier type et de deuxième type étant électriquement conductrices ;  o said beds of the first and second type of particles being movable in a gravity flow from the inlet to the outlet of each of the anode and cathode compartments, and said first type and second type particles being electrically conductive;
- des moyens de régulation des flux entrant et des flux sortant des particules redox de premier type et de deuxième type ;  means for regulating the incoming flows and outflows of the first type and second type redox particles;
- un premier réservoir de stockage pour le premier type de particules redox, ledit premier réservoir étant en communication avec le compartiment anodique ;  a first storage tank for the first type of redox particles, said first tank being in communication with the anode compartment;
- un deuxième réservoir de stockage pour le deuxième type de particules redox, ledit deuxième réservoir étant en communication avec le compartiment cathodique;  a second storage tank for the second type of redox particles, said second tank being in communication with the cathode compartment;
lesdites particules redox de premier type et/ou lesdites particules redox de deuxième type comprenant un polymère redox. Selon un mode de réalisation, le polymère redox est non soluble dans l'électrolyte ou mis en forme de manière à ne pas être soluble dans l'électrolyte. said first type redox particles and / or said second type redox particles comprising a redox polymer. According to one embodiment, the redox polymer is insoluble in the electrolyte or shaped so as not to be soluble in the electrolyte.
Selon un mode de réalisation, les particules redox de premier type et/ou de deuxième type sont des grains solides et poreux, de préférence sensiblement sphériques, formés par moussage dudit polymère redox, et comportant un percolant électronique, tel que du noir de carbone.  According to one embodiment, the first type and / or second type redox particles are solid and porous, preferably substantially spherical, grains formed by foaming said redox polymer, and comprising an electronic percolator, such as carbon black.
Selon ce mode de réalisation, les grains sont de préférence recouverts d'une couche solide en matériau électriquement conducteur, poreux et perméable à l'électrolyte et ses ions.  According to this embodiment, the grains are preferably covered with a solid layer of electrically conductive material, porous and permeable to the electrolyte and its ions.
Selon un autre mode de réalisation, les particules redox de premier type et/ou de deuxième type sont des grains solides et poreux, de préférence sensiblement sphériques, formés par un support poreux conducteur comprenant un polymère redox.  According to another embodiment, the first type and / or second type redox particles are solid and porous, preferably substantially spherical, grains formed by a conductive porous support comprising a redox polymer.
Selon ce mode de réalisation, les particules redox de premier type et/ou de deuxième type sont obtenues par greffage d'un polymère redox sur ledit support poreux, ou par réticulation dudit polymère redox dans le support poreux, ou par précipitation dudit polymère redox dans ledit support poreux, ou encore par enduit ou imprégnation du support poreux par une encre comportant ledit polymère redox et un percolant électronique.  According to this embodiment, the first type and / or second type redox particles are obtained by grafting a redox polymer onto said porous support, or by crosslinking said redox polymer in the porous support, or by precipitation of said redox polymer in said porous support, or by coating or impregnation of the porous support with an ink comprising said redox polymer and an electronic percolator.
Le support poreux peut être une sphère constituée d'un matériau conducteur électronique et renfermant ledit polymère redox, de préférence une sphère de mousse métallique ou de mousse de carbone, ladite mousse de carbone étant de préférence graphitique.  The porous support may be a sphere made of an electronically conductive material and enclosing said redox polymer, preferably a sphere of metal foam or carbon foam, said carbon foam being preferably graphitic.
Selon un mode de réalisation, le polymère redox a un squelette vinylique choisi dans le groupe constitué par les polyacrylates, les polyméthacrylates, le polyacrylamide et le polystyrène, et comprend des groupements redox choisis dans le groupe constitué par les radicaux nitroxydes, quinones, quinoxalines, bipyridines, e.g. viologènes, verdazyl et ferrocènes.  According to one embodiment, the redox polymer has a vinyl backbone chosen from the group consisting of polyacrylates, polymethacrylates, polyacrylamide and polystyrene, and comprises redox groups chosen from the group consisting of nitroxide, quinone and quinoxaline radicals. bipyridines, eg viologenes, verdazyl and ferrocenes.
Selon un mode de réalisation, le polymère est conducteur électronique, de préférence choisi dans le groupe constitué par la polyaniline, le polypyrrole, le polythiophène.  According to one embodiment, the polymer is electronically conductive, preferably selected from the group consisting of polyaniline, polypyrrole, polythiophene.
Selon un mode de réalisation, les particules redox de premier type ont une taille au moins 10 fois plus petite qu'une première largeur définie entre le séparateur et le premier collecteur de courant, et les particules redox de deuxième type ont une taille au moins 10 fois plus petite qu'une deuxième largeur définie entre le séparateur et le deuxième collecteur de courant, les particules redox de premier type et les particules redox de deuxième type ayant de préférence un diamètre moyen compris entre 100 μηι et 5 mm, et plus préférentiellement compris entre 500 μηι et 2 mm. According to one embodiment, the first type redox particles have a size at least 10 times smaller than a first width defined between the separator and the first current collector, and the second type of redox particles have a size at least 10 smaller than a second width defined between the separator and the second current collector, the redox particles of the first type and the redox particles of the second type preferably having a mean diameter of between 100 μηι and 5 mm, and more preferably between 500 μηι and 2 mm.
Selon un mode de réalisation, le premier type de particules redox et le deuxième type de particules redox comprennent chacun un polymère redox.  According to one embodiment, the first type of redox particles and the second type of redox particles each comprise a redox polymer.
Selon un mode de réalisation, le système comprend en outre des moyens de circulation de l'électrolyte pour faire circuler l'électrolyte hors de ladite enceinte.  According to one embodiment, the system further comprises means for circulating the electrolyte to circulate the electrolyte out of said enclosure.
Selon un mode de réalisation, le système comprend en outre :  According to one embodiment, the system further comprises:
- une cuve contenant l'électrolyte et comportant une première zone communiquant avec la sortie du compartiment anodique pour recueillir le flux sortant du premier type de particules redox et une deuxième zone communiquant avec la sortie du compartiment cathodique pour recueillir le flux sortant du deuxième type de particules redox, lesdites première et deuxième zones étant séparées par une paroi ;  a tank containing the electrolyte and comprising a first zone communicating with the outlet of the anode compartment to collect the outgoing flow of the first type of redox particles and a second zone communicating with the outlet of the cathode compartment to collect the outgoing flow of the second type of redox particles, said first and second zones being separated by a wall;
- une première conduite munie d'une première pompe pour assurer le transport d'un premier mélange comprenant l'électrolyte et les particules redox de premier type depuis la première zone de la cuve jusqu'au premier réservoir ; et  a first pipe provided with a first pump for transporting a first mixture comprising the electrolyte and the first type redox particles from the first zone of the tank to the first tank; and
- une deuxième conduite munie d'une deuxième pompe pour assurer le transport d'un deuxième mélange comprenant l'électrolyte et les particules redox de deuxième type depuis la deuxième zone de la cuve jusqu'au deuxième réservoir ;  a second pipe provided with a second pump for transporting a second mixture comprising the electrolyte and the second type redox particles from the second zone of the tank to the second tank;
- des moyens de séparation, tel qu'un tamis, dans chacun des réservoirs pour séparer les particules de l'électrolyte contenues dans chacun des premier et deuxième mélanges, separating means, such as a sieve, in each of the reservoirs for separating the particles of the electrolyte contained in each of the first and second mixtures,
- des moyens d'alimentation reliant respectivement le premier réservoir au compartiment anodique et le deuxième réservoir au compartiment cathodique pour alimenter ledit compartiment anodique en particules redox de premier type et ledit compartiment cathodique en particules redox de deuxième type, lesdits moyens d'alimentation comprenant les moyens de régulation du flux entrant de particules redox ; feed means respectively connecting the first reservoir to the anode compartment and the second reservoir to the cathode compartment for supplying said anode compartment with first type redox particles and said second type redox particles cathode compartment, said supply means comprising the means for regulating the influx of redox particles;
- des moyens d'introduction de l'électrolyte issu des réservoirs dans ladite cuve ;  means for introducing the electrolyte from the reservoirs into said tank;
et dans lequel les moyens de circulation de l'électrolyte comprennent les première et deuxième conduites et les moyens d'introduction de l'électrolyte. and wherein the electrolyte circulation means comprises the first and second conduits and the means for introducing the electrolyte.
Selon un autre mode de réalisation, le système comprend en outre :  According to another embodiment, the system further comprises:
- un dispositif de récupération de l'électrolyte et des particules redox, ledit dispositif de récupération étant positionné en aval des sorties des compartiments anodique et cathodique, ledit dispositif de récupération comportant un récipient muni d'un fond surmonté d'un tamis pour retenir les particules redox de premier type et de deuxième type dans deux zones séparées du récipient recevant chacune un type de particules redox, et pour laisser passer l'électrolyte dans le fond du récipient ; et a device for recovering the electrolyte and redox particles, said recovery device being positioned downstream of the outlets of the anode and cathode compartments, said recovery device comprising a container provided with a bottom surmounted by a sieve for retaining the redox particles of first type and second type in two zones separated from the container each receiving a type of redox particles, and to let the electrolyte pass into the bottom of the container; and
- un système de conduites muni d'une pompe pour transporter l'électrolyte depuis le fond du récipient jusqu'en tête des compartiments de l'enceinte ;  a pipe system provided with a pump for transporting the electrolyte from the bottom of the container to the head of the compartments of the enclosure;
les moyens de circulation de l'électrolyte comprenant ledit système de conduites. the electrolyte circulation means comprising said pipe system.
Selon un mode de réalisation, le système comprend en outre :  According to one embodiment, the system further comprises:
- une cuve contenant l'électrolyte et comportant une première zone communiquant avec la sortie du compartiment anodique pour recueillir le flux sortant du premier type de particules redox et une deuxième zone communiquant avec la sortie du compartiment cathodique pour recueillir le flux sortant du deuxième type de particules redox, lesdites première et deuxième zones étant séparées par une paroi ;  a tank containing the electrolyte and comprising a first zone communicating with the outlet of the anode compartment to collect the outgoing flow of the first type of redox particles and a second zone communicating with the outlet of the cathode compartment to collect the outgoing flow of the second type of redox particles, said first and second zones being separated by a wall;
- des premier moyens de transport du premier type de particules redox depuis ladite cuve jusqu'au premier réservoir ;  first means of transporting the first type of redox particles from said tank to the first tank;
- des deuxième moyens de transport du deuxième type de particules redox depuis ladite cuve jusqu'au deuxième réservoir ;  second means of transporting the second type of redox particles from said tank to the second tank;
- des moyens d'alimentation reliant respectivement le premier réservoir au compartiment anodique et le deuxième réservoir au compartiment cathodique pour alimenter ledit compartiment anodique en particules de premier type et ledit compartiment cathodique en particules de deuxième type, lesdits moyens d'alimentation comprenant les moyens de régulation du flux entrant de particules.  supply means respectively connecting the first reservoir to the anode compartment and the second reservoir to the cathode compartment for supplying said anode compartment with particles of the first type and said cathode compartment with particles of the second type, said supply means comprising the means for regulating the incoming flow of particles.
Les premier et/ou deuxième moyens de transport peuvent être mécaniques, et comprendre de préférence un système de vis sans fin.  The first and / or second means of transport may be mechanical, and preferably comprise a worm system.
Selon un mode de réalisation, le premier réservoir de stockage et/ou le deuxième réservoir de stockage comprend des moyens de brassage des particules.  According to one embodiment, the first storage tank and / or the second storage tank comprises means for mixing the particles.
Selon un deuxième aspect, la présente invention propose un procédé de stockage et de restitution d'énergie électrochimique mettant en œuvre un système selon l'invention, dans lequel :  According to a second aspect, the present invention proposes a method for storing and restoring electrochemical energy implementing a system according to the invention, in which:
- on fait circuler le premier type de particules redox électriquement conductrices entre le premier réservoir de stockage et le compartiment anodique de la cellule électrochimique, et on fait circuler le deuxième type de particules redox électriquement conductrices entre le deuxième réservoir de stockage et le compartiment cathodique de ladite cellule, ledit premier type de particules et/ou ledit deuxième type de particules comprenant un polymère redox ; - on réalise des réactions redox dans les compartiments anodique et cathodique de ladite cellule et on collecte le courant généré par les réactions redox au moyen des collecteurs de courant afin de stocker ou de restituer de l'énergie électrochimique ; the first type of electrically conductive redox particles is circulated between the first storage tank and the anode compartment of the electrochemical cell, and the second type of electrically conductive redox particles is circulated between the second storage tank and the cathode compartment of the electrochemical cell; said cell, said first type of particles and / or said second type of particles comprising a redox polymer; redox reactions are carried out in the anode and cathode compartments of said cell and the current generated by the redox reactions is collected by means of the current collectors in order to store or restore electrochemical energy;
- on détermine le flux entrant et le flux sortant pour chacun des premier et deuxième types de particules de manière à créer un écoulement gravitaire desdites particules dans chacun desdits compartiments anodique et cathodique pour former le lit mobile de particules sédimentées tel que les réactions redox et la conduction électrique sont assurées par percolation des électrons et de l'électrolyte dans les particules sédimentées du lit mobile.  the incoming and outgoing flows are determined for each of the first and second types of particles so as to create a gravity flow of said particles in each of said anode and cathode compartments to form the moving bed of sedimented particles such as the redox reactions and the Electrical conduction is ensured by percolation of electrons and electrolyte into the sedimented particles of the moving bed.
Selon un troisième aspect, la présente invention propose l'utilisation d'un système de stockage et de restitution d'énergie électrochimique selon l'invention, comprenant de préférence une pluralité de cellules électrochimiques, pour le stockage stationnaire de l'énergie électrique, de préférence le stockage stationnaire de l'énergie électrique provenant de sources d'énergies renouvelables, de préférence provenant de systèmes photovoltaïques ou éoliens.  According to a third aspect, the present invention proposes the use of a system for storing and restoring electrochemical energy according to the invention, preferably comprising a plurality of electrochemical cells, for the stationary storage of electrical energy, preferably the stationary storage of electrical energy from renewable energy sources, preferably from photovoltaic or wind systems.
D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisations particuliers de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, la description étant faite en référence aux figures annexées décrites ci-après. Brève description des figures Other objects and advantages of the invention will appear on reading the following description of examples of particular embodiments of the invention, given by way of non-limiting examples, the description being made with reference to the appended figures described herein. -after. Brief description of the figures
La figure 1 est une vue schématique en coupe du système de stockage et de restitution de l'énergie électrochimique selon l'invention.  Figure 1 is a schematic sectional view of the system for storing and restoring the electrochemical energy according to the invention.
La figure 2 est un schéma représentant un détail du système illustré à la figure 1 , plus précisément un détail du compartiment cathodique d'une cellule électrochimique du système selon l'invention.  FIG. 2 is a diagram showing a detail of the system illustrated in FIG. 1, more specifically a detail of the cathode compartment of an electrochemical cell of the system according to the invention.
La figure 3 est un schéma du système de stockage et de restitution de l'énergie électrochimique selon un premier mode de réalisation de l'invention, sans circulation de l'électrolyte.  FIG. 3 is a diagram of the storage and electrochemical energy recovery system according to a first embodiment of the invention, without circulation of the electrolyte.
La figure 4 est un schéma du système de stockage et de restitution de l'énergie électrochimique selon un second mode de réalisation de l'invention, avec circulation de l'électrolyte.  FIG. 4 is a diagram of the storage and electrochemical energy recovery system according to a second embodiment of the invention, with circulation of the electrolyte.
La figure 5 est un schéma du système de stockage et de restitution de l'énergie électrochimique selon un troisième mode de réalisation de l'invention, avec circulation de l'électrolyte. La figures 6 est une vue schématique en 3D d'un exemple de particules redox selon l'invention. FIG. 5 is a diagram of the storage and electrochemical energy recovery system according to a third embodiment of the invention, with circulation of the electrolyte. FIG. 6 is a schematic 3D view of an example of redox particles according to the invention.
La figure 7 est une vue schématique en 3D d'un autre exemple de particules redox selon l'invention.  Figure 7 is a schematic 3D view of another example of redox particles according to the invention.
Sur les figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou analogues. In the figures, the same references designate identical or similar elements.
Description de l'invention Description of the invention
L'objet de l'invention est de proposer un système de stockage et de restitution d'énergie électrochimique « à flux de particules redox », et un procédé mettant en œuvre un tel système, dans lequel la matière électro-active sous forme de particules solides comprend des polymères redox.  The object of the invention is to propose a system for storing and restoring electrochemical energy "with a stream of redox particles", and a method implementing such a system, in which the electroactive material in the form of particles. solids comprises redox polymers.
Le système de stockage et de restitution d'énergie électrochimique dit « à flux de particules redox », et le procédé mettant en œuvre un tel système, font l'objet de la demande de brevet français déposée sous le N° 15/56.883, dont une grande partie de la description est reprise ci-après.  The system for storing and restoring electrochemical energy, referred to as "redox particle flux", and the process implementing such a system, are the subject of the French patent application filed under No. 15 / 56,883, of which a large part of the description is repeated below.
Dans un tel système, le flux de matière électro-active circulant entre la cellule électrochimique et les réservoirs est avant tout un flux de particules solides, ledit flux circulant pouvant éventuellement comprendre l'électrolyte. La matière électro-active mise sous la forme de particules solides, ne se dissout pas ou peu dans l'électrolyte, et les réactions d'oxydo-réduction se produisent au sein des particules baignées de l'électrolyte dans les zones réactives de la cellule électrochimique.  In such a system, the flow of electro-active material circulating between the electrochemical cell and the reservoirs is primarily a stream of solid particles, said circulating stream possibly comprising the electrolyte. The electro-active matter in the form of solid particles, does not dissolve or little in the electrolyte, and the oxidation-reduction reactions occur within the particles bathed with the electrolyte in the reactive zones of the cell electrochemical.
Selon la présente invention, la matière électro-active, sous forme de particules solides, comprend au moins un polymère redox.  According to the present invention, the electroactive material, in the form of solid particles, comprises at least one redox polymer.
On parlera en particulier de batterie « à flux de particules de polymères redox » pour désigner ce nouveau type de batterie à flux de particules redox mettant en œuvre des polymères redox en tant que matière électro-active. Terminologie  In particular, reference will be made to a "redox polymer particle flux" battery for designating this new type of redox particle flux battery using redox polymers as an electroactive material. Terminology
Quelques éléments de terminologie sont donnés ci-après pour une meilleure compréhension de l'invention.  Some elements of terminology are given below for a better understanding of the invention.
Par compartiment anodique, on entend la zone réactionnelle où a lieu une réaction électrochimique d'oxydation (émission d'électrons), par opposition au compartiment cathodique qui est la zone réactionnelle où a lieu une réaction électrochimique de réduction (absorption d'électrons). By anode compartment is meant the reaction zone where an electrochemical oxidation reaction (electron emission) takes place, as opposed to the compartment cathode which is the reaction zone where an electrochemical reduction reaction takes place (absorption of electrons).
Partout dans la description, la contraction « redox » est utilisée pour désigner les réactions chimiques de réduction et d'oxydation. Un polymère redox est ainsi un polymère pouvant connaître des réactions de réduction et d'oxydation.  Throughout the description, contraction "redox" is used to denote the chemical reactions of reduction and oxidation. A redox polymer is thus a polymer capable of experiencing reduction and oxidation reactions.
Le compartiment anodique contient l'électrode négative ou anode, et le compartiment cathodique contient l'électrode positive ou cathode.  The anode compartment contains the negative or anode electrode, and the cathode compartment contains the positive electrode or cathode.
Dans le système selon l'invention, qui est un accumulateur, ces rôles s'inversent selon que le système se décharge ou se charge car les réactions redox sont réversibles. Ainsi, le compartiment anodique où se produit une réaction d'oxydation permettant l'émission d'électrons lorsque le système débite (se décharge), devient le lieu d'une réaction de réduction si un courant est appliqué au système afin de le recharger.  In the system according to the invention, which is an accumulator, these roles are reversed depending on whether the system discharges or charges because the redox reactions are reversible. Thus, the anode compartment where an oxidation reaction occurs which allows the emission of electrons when the system is discharging (discharges) becomes the locus of a reduction reaction if a current is applied to the system in order to recharge it.
Par conséquent, les expressions compartiments anodique et cathodique sont définies dans la présente description en prenant comme référence l'état de fonctionnement en décharge du système.  Therefore, the terms anode and cathode compartments are defined in the present description with reference to the discharge state of the system.
Par particules redox, on entend des particules solides comprenant des composés redox. Selon l'invention les particules redox d'au moins un compartiment de la cellule comportent un polymère redox. Une description plus détaillée de ces particules est donnée plus bas, notamment en relation avec les figures 6 et 7. Dans la présente description, on parlera également de matière active, ou de matière électro-active, pour désigner les polymères redox intervenant dans les réactions d'oxydo-réduction à l'origine de la transformation de l'énergie chimique en énergie électrique.  By redox particles is meant solid particles comprising redox compounds. According to the invention, the redox particles of at least one compartment of the cell comprise a redox polymer. A more detailed description of these particles is given below, in particular in relation with FIGS. 6 and 7. In the present description, reference will also be made to the active substance, or electroactive material, to designate the redox polymers involved in the reactions. of oxidation-reduction at the origin of the transformation of chemical energy into electrical energy.
La présente invention n'exclut pas l'utilisation de couples redox autres que des polymères redox, par exemple tels que décrits dans la demande de brevet français déposée sous le N° 15/56.883, pour former des particules redox d'un compartiment alors que l'autre compartiment comprend des particules de polymères redox. Des exemples de tels couples redox sont décrits plus loin.  The present invention does not exclude the use of redox couples other than redox polymers, for example as described in the French patent application filed under No. 15 / 56,883, to form redox particles of a compartment while the other compartment comprises particles of redox polymers. Examples of such redox couples are described below.
Selon l'invention, les particules restent sous une forme solide, que les matières actives qu'elles contiennent soient sous forme réduites ou oxydées.  According to the invention, the particles remain in a solid form, that the active substances they contain are in reduced or oxidized form.
Selon l'invention, les particules peuvent contenir un percolant électrique, aussi appelé percolant électronique. Par percolant électrique, on entend un composé qui permet le passage des électrons, tel que du noir de carbone.  According to the invention, the particles may contain an electrical percolant, also known as electronic percolator. By electrical percolant is meant a compound that allows the passage of electrons, such as carbon black.
Dans la batterie selon l'invention, l'électrolyte est un liquide conducteur ionique qui imprègne les particules. Il n'a pas vocation à solubiliser les matières actives contenues dans les particules. En ce sens, l'électrolyte ne contient pas ou peu, sous forme dissoute, les polymères redox sous leur forme réduite ou oxydée utilisés aux électrodes. L'électrolyte contient cependant des ions dissous permettant la conduction ionique entre les électrodes et/ou des ions secondaires participant aux réactions redox à chacune des électrodes. Par exemple, il peut s'agir d'une solution aqueuse comprenant par exemple de l'acide sulfurique H2S04 (ions H30+, S04 2"). On utilise également le terme de solvant dans la présente description pour désigner le liquide contenant les ions dissous. Cette définition de l'électrolyte rejoint donc celle habituellement donnée pour les accumulateurs classiques (« secondary batteries »). In the battery according to the invention, the electrolyte is an ionic conductive liquid which impregnates the particles. It is not intended to solubilise the active ingredients contained in the particles. In this sense, the electrolyte contains little or no, in dissolved form, the redox polymers in their reduced or oxidized form used at the electrodes. The electrolyte however contains dissolved ions allowing the ionic conduction between the electrodes and / or secondary ions participating in the redox reactions at each of the electrodes. For example, it may be an aqueous solution comprising, for example, sulfuric acid H 2 SO 4 (H 3 O + ions, SO 4 2- ). The term "solvent " is also used in the present description for This definition of the electrolyte thus corresponds to that usually given for conventional batteries ("secondary batteries").
Dans la présente invention, on entend par électrode la matière active sous forme d'un lit de particules solides baignées dans l'électrolyte où se produisent les réactions redox et dans lequel les électrons se déplacent jusqu'au collecteur de courant. On distingue ainsi dans la présente description l'électrode et le collecteur de courant, ce dernier étant formé de matière non électro-active (ne subit pas de réactions redox) et servant à collecter les électrons provenant de la cellule ou d'un circuit électrique extérieur et à les transporter vers ou depuis ce circuit extérieur. Ledit collecteur de courant est ainsi défini de la même manière que dans les batteries classiques (« primary batteries » et « secondary batteries »).  In the present invention, the term "electrode" means the active material in the form of a bed of solid particles bathed in the electrolyte where the redox reactions occur and in which the electrons move to the current collector. The present invention thus distinguishes the electrode and the current collector, the latter being formed of non-electro-active material (does not undergo redox reactions) and serving to collect the electrons coming from the cell or from an electrical circuit. outside and transport them to or from this outdoor circuit. Said current collector is thus defined in the same way as in conventional batteries ("primary batteries" and "secondary batteries").
Par cyclage d'une batterie, on entend le processus cyclique de charge et de décharge électrique subi par la batterie. On utilise également les termes « cycler » et « cyclé(e) » faisant référence à l'action de charge/décharge cyclique.  Cycling of a battery means the cyclic process of charging and discharging the battery. The terms "cycler" and "cycled" are also used, referring to the cyclic charge / discharge action.
Système et procédé selon l'invention System and method according to the invention
Le système à flux de particules redox et son procédé de fonctionnement sont décrit ci-dessous de manière générale, en référence à la figure 1 .  The redox particle flow system and its method of operation are described below generally with reference to FIG.
Le système de stockage et de restitution d'énergie électrochimique 1000 comporte au moins une cellule électrochimique 100 comprenant une enceinte 101 formée par un compartiment anodique A et un compartiment cathodique C. Dans la figure 1 , la cellule 100 est représentée selon une coupe verticale.  The storage and electrochemical energy storage system 1000 comprises at least one electrochemical cell 100 comprising an enclosure 101 formed by anode compartment A and a cathode compartment C. In FIG. 1, the cell 100 is represented in a vertical section.
Les deux compartiments, qui sont les zones comportant la matière active et où se produisent les réactions redox, contiennent un électrolyte 103, et sont séparés par un séparateur 102, isolant électrique et perméable aux ions contenus dans l'électrolyte.  The two compartments, which are the zones comprising the active ingredient and where the redox reactions occur, contain an electrolyte 103, and are separated by a separator 102, an electrical insulator and permeable to the ions contained in the electrolyte.
Le séparateur 102 est une surface, disposée selon un axe sensiblement vertical tel que représenté à la figure 1 . Par exemple, le séparateur 102 comprend ou est constitué d'un polymère poreux. L'électrolyte est une solution liquide comprenant des ions qui vont participer aux réactions redox de part et d'autre du séparateur dans chacun des compartiments. A titre d'exemple non limitatif, il peut s'agir d'une solution aqueuse, comprenant par exemple de l'acide sulfurique H2S04, de l'hydroxyde de potassium KOH, ou du sulfate de potassium, ou une solution organique, par exemple à base de carbonates d'alkyles et d'un sel de type perchlorate de tétraéthylammonium (C2H5)4N+ CI04 " ou hexafluorophosphate de Lithium LiPF6. The separator 102 is a surface disposed along a substantially vertical axis as shown in FIG. For example, the separator 102 comprises or consists of a porous polymer. The electrolyte is a liquid solution comprising ions that will participate in the redox reactions on either side of the separator in each of the compartments. By way of nonlimiting example, it may be an aqueous solution, comprising, for example, sulfuric acid H 2 SO 4 , potassium hydroxide KOH, or potassium sulphate, or an organic solution for example based on alkyl carbonates and a tetraethylammonium perchlorate (C 2 H 5 ) 4 N + ClO 4 - or lithium hexafluorophosphate LiPF 6 salt.
Les ions dissous (cations et anions) sont de préférence choisis parmi les ions suivants, sans être limitatif :  The dissolved ions (cations and anions) are preferably chosen from the following ions, without being limiting:
- cations : protons (H+, ou sous forme solvatée, par exemple H30+ dans l'eau) ; alcalins (Li+, Na+, K+), Tri-alkylammonium ou tetra-alkylammonium, imidazolium substitués ou non, tetraalkylphosphonium, alkylpyridinium, dialkylpyrolidinium ; cations: protons (H + , or in solvated form, for example H 3 0 + in water); alkali (Li + , Na + , K + ), tri-alkylammonium or tetraalkylammonium, substituted or unsubstituted imidazolium, tetraalkylphosphonium, alkylpyridinium, dialkylpyrolidinium;
- anions : sulfate (S04 2~); perchlorate (CI04 ~), hydroxide OH" ; chlorure (CI ), bromure (Br~), bis(trifluoromethane)sulfonimide (TFSI ), tétrafluoroborate (BF4 ~), hexafluorophosphate PF6\ anions: sulfate (SO 4 2- ); perchlorate (CI0 4 ~ ), hydroxide OH " chloride (CI), bromide (Br ~ ), bis (trifluoromethane) sulfonimide (TFSI), tetrafluoroborate (BF 4 ~ ), hexafluorophosphate PF 6 \
Le choix de l'électrolyte est réalisé en fonction du type de matière électro-active, e.g. les polymères redox, choisis pour le système 1000.  The choice of the electrolyte is made according to the type of electroactive material, e.g. the redox polymers, chosen for the 1000 system.
De préférence l'électrolyte n'est pas un solvant du polymère. L'électrolyte peut alternativement être un solvant du polymère si le polymère redox est mis en forme de manière à n'être pas ou peu soluble dans l'électrolyte, comme cela peut être le cas des particules sous forme de grains formés par un support poreux comportant un polymère redox greffé, ou emprisonné dans la porosité du support par réticulation. Ces mises en formes sont décrites plus loin.  Preferably the electrolyte is not a solvent of the polymer. The electrolyte may alternatively be a solvent for the polymer if the redox polymer is shaped so as to be insoluble or poorly soluble in the electrolyte, as may be the case with particles in the form of grains formed by a porous support comprising a redox polymer grafted or trapped in the porosity of the support by crosslinking. These formatting is described later.
Le compartiment anodique A comprend une électrode négative 104 sous forme d'un lit d'un premier type de particules redox 1 sédimentées, baignant dans l'électrolyte 103. Le compartiment cathodique C comprend une électrode positive 108 sous forme d'un lit d'un deuxième type de particules redox 2 sédimentées, baignant dans l'électrolyte 103. Les compartiments anodique A et cathodique C sont définis chacun par un volume compris entre le séparateur 102 et un collecteur de courant dédié à chaque compartiment (105, 109). Les collecteurs de courant 105 et 109 sont par exemple des plaques métalliques ou des plaques formées de carbone vitreux ou graphitique ou encore d'un matériau composite conducteur électronique, par exemple un polymère chargé de particules conductrices non électroactives, telles que le graphite, les nanotubes de carbone, le graphène, le carbone vitreux. Les collecteurs de courant ne subissent pas eux-mêmes d'activité redox. Les collecteurs peuvent être des plaques comportant une surface munie d'éléments en relief, par exemple munie de picots, afin d'augmenter la surface d'échange avec les particules redox et de limiter les chemins électroniques entre les particules. Chaque compartiment anodique A et cathodique C comporte à son sommet une entrée (106,1 10) pour recevoir un flux entrant de particules (10,12), et à sa base une sortie (107,1 1 1 ) pour évacuer un flux sortant de particules (1 1 ,13). Chaque lit de particules (104, 108) est mobile selon un écoulement gravitaire qui se fait depuis l'entrée (106, 1 10) du compartiment vers sa sortie (107, 1 1 1 ). The anode compartment A comprises a negative electrode 104 in the form of a bed of a first type of sedimented redox particles 1, immersed in the electrolyte 103. The cathode compartment C comprises a positive electrode 108 in the form of a bed of a second type of sedimented redox particles 2, immersed in the electrolyte 103. The anode compartments A and cathode C are each defined by a volume between the separator 102 and a current collector dedicated to each compartment (105, 109). The current collectors 105 and 109 are, for example, metal plates or plates formed of vitreous or graphitic carbon or else of an electronically conductive composite material, for example a polymer loaded with non-electroactive conductive particles, such as graphite or nanotubes. carbon, graphene, vitreous carbon. The current collectors do not themselves undergo redox activity. Collectors can plates having a surface provided with elements in relief, for example provided with pins, in order to increase the exchange surface with the redox particles and to limit the electronic paths between the particles. Each anode compartment A and cathode C has at its top an inlet (106, 1, 10) for receiving an incoming flow of particles (10, 12), and at its base an outlet (107, 1, 1 1) for evacuating an outgoing flow. of particles (1 1, 13). Each bed of particles (104, 108) is movable in a gravity flow which is made from the inlet (106, 1 10) of the compartment to its outlet (107, 1 1 1).
Dans le compartiment anodique A, l'électrode 104 est en contact avec le collecteur de courant 105 : le lit de particules est en contact avec le collecteur sur toute la hauteur de ce dernier. Il en est de même dans le compartiment cathodique C, où l'électrode positive 108 est en contact de la même manière avec le collecteur de courant 109.  In the anode compartment A, the electrode 104 is in contact with the current collector 105: the bed of particles is in contact with the collector over the entire height of the collector. It is the same in the cathode compartment C, where the positive electrode 108 is in contact with the current collector 109 in the same way.
L'ensemble formé par les compartiments et le séparateur, délimité de part et d'autre du séparateur par les collecteurs de courant, peut également être désigné sous le terme d'entrefer dans le domaine des procédés électrochimiques. Cet ensemble, ou entrefer, baigne tout entier dans l'électrolyte. Les particules redox 1 et 2 sous forme de lits sédimentés dans les compartiments ont une structure poreuse, ce qui permet qu'elles soient également imprégnées d'électrolyte, et sont électriquement conductrices, de manière à permettre le passage des électrons entre les particules en contact au sein du lit jusqu'au collecteur électrique.  The assembly formed by the compartments and the separator, delimited on either side of the separator by the current collectors, may also be referred to as an air gap in the field of electrochemical processes. This set, or gap, bathes entirely in the electrolyte. The redox particles 1 and 2 in the form of beds sedimented in the compartments have a porous structure, which allows that they are also impregnated with electrolyte, and are electrically conductive, so as to allow the passage of electrons between the particles in contact in the bed to the electrical collector.
Le système 1000 comprend également des moyens de régulation (non représentés) des flux entrant (10,12) et des flux sortant (1 1 ,13) des particules redox, afin de produire l'écoulement gravitaire donnant lieu à la sédimentation des particules dans chaque compartiment. The system 1000 also comprises means (not shown) for regulating the incoming flows (10, 12) and the outgoing flows (11, 13) of the redox particles, in order to produce the gravity flow giving rise to the sedimentation of the particles in each compartment.
Les particules redox de premier type 1 et de deuxième type 2 sont respectivement stockées hors de la cellule 100 dans les réservoirs de stockage 1 12 et 1 13.  The first type 1 and second type 2 redox particles are respectively stored outside the cell 100 in the storage tanks 1 12 and 1 13.
Selon l'invention, le stockage et la restitution d'énergie électrochimique sont réalisés en faisant circuler les particules redox 1 entre le réservoir de stockage 1 12 et le compartiment anodique A, et en faisant circuler les particules redox 2 entre le réservoir 1 13 et le compartiment cathodique C de la cellule 100. According to the invention, the storage and the restitution of electrochemical energy are carried out by circulating the redox particles 1 between the storage tank 1 12 and the anode compartment A, and by circulating the redox particles 2 between the tank 1 13 and the cathode compartment C of the cell 100.
Les réactions redox sont réalisées dans les compartiments anodique A et cathodique C de la cellule100 afin de stocker ou de restituer de l'énergie électrochimique. On détermine un flux entrant (10,12) et un flux sortant (1 1 ,13) pour chacun des premier et deuxième types de particules (1 ,2) de manière à créer un écoulement gravitaire des particules dans chacun des compartiments anodique A et cathodique C. Cet écoulement permet de former un lit mobile de particules sédimentées (104,108) dans chaque compartiment, tel que les réactions redox et la conduction électrique sont assurées par percolation des électrons et de l'électrolyte 103 dans les particules sédimentées du lit mobile (104,108). En particulier, les particules 1 et 2 sont transportées depuis les réservoirs 1 12 et 1 13 jusqu'aux compartiments A et C où elles sédimentent, dans le sens où elles se déposent les unes sur les autres et s'entassent dans le compartiment, de manière à assurer une percolation électrique jusqu'aux collecteurs de courant 105 et 109. The redox reactions are carried out in the anode compartments A and cathode C of the cell 100 in order to store or restore electrochemical energy. An incoming flow (10,12) and an outgoing flow (1 1, 13) are determined for each of the first and second types of particles (1, 2) so as to create a gravitational flow of the particles in each of the anode compartments A and C. This flow makes it possible to form a mobile bed of sedimented particles (104, 108) in each compartment, such that the redox reactions and the electrical conduction are ensured by percolation of the electrons and of the electrolyte 103 in the sedimented particles of the moving bed ( 104.108). In particular, the particles 1 and 2 are transported from the tanks 1 12 and 1 13 to the compartments A and C where they sediment, in the sense that they are deposited on each other and accumulate in the compartment, of in order to ensure electrical percolation up to the current collectors 105 and 109.
Comme illustré à la figure 2, où est représenté schématiquement en coupe un détail du compartiment cathodique C, les réactions redox à l'origine du fonctionnement de la batterie ont lieu au sein des particules de l'électrode sous forme de lit 108, les particules étant en contact les unes avec les autres, ce contact étant tel qu'une percolation électrique est assurée dans le lit. Les flèches blanches en pointillé illustrent la percolation électrique avec le passage des électrons « e "» d'une particule à l'autre, alors que les flèches noires en trait plein illustrent le passage des ions « /' » de l'électrolyte au sein de particules poreuses pour participer aux réactions redox dans les particules. As illustrated in FIG. 2, which is schematically shown in section a detail of the cathode compartment C, the redox reactions causing the operation of the battery take place within the particles of the electrode in the form of a bed 108, the particles being in contact with each other, this contact being such that electrical percolation is ensured in the bed. The dotted white arrows illustrate the electrical percolation with the passage of electrons "e " "from one particle to another, while the black arrows in solid lines illustrate the passage of ions" / ' "of the electrolyte within of porous particles to participate in redox reactions in the particles.
Lors du processus de décharge du système 1000, la matière active de l'électrode négative 104 s'oxyde en libérant des électrons collectés par le collecteur 105 et envoyés dans le circuit électrique extérieur (non représenté dans la figure 1 ), à l'instar de ce qui se produit dans un accumulateur électrochimique classique. A l'inverse, pendant la décharge, la matière active de l'électrode positive 108 se réduit en collectant des électrons provenant du collecteur 109. Pour permettre les réactions redox au sein des particules des électrodes, les particules doivent être reliées électriquement au collecteur de courant, ce qui est assuré par la conductivité électrique des particules et par leur mise en contact au sein de lit (particules sédimentées). Les particules doivent de plus être accessibles aux ions de l'électrolyte qui participent à la réaction, ce qui est assuré par la porosité des particules. Les particules sont alors imprégnées d'électrolyte. Ces ions diffusent ainsi dans l'électrolyte entre les grains puis dans la porosité des grains, jusqu'au lieu de la réaction d'oxydation ou de réduction.  During the discharge process of the system 1000, the active material of the negative electrode 104 oxidizes by releasing electrons collected by the collector 105 and sent into the external electrical circuit (not shown in FIG. 1), as in FIG. of what happens in a conventional electrochemical accumulator. Conversely, during the discharge, the active material of the positive electrode 108 is reduced by collecting electrons from the collector 109. To allow the redox reactions within the particles of the electrodes, the particles must be electrically connected to the collector of the electrodes. current, which is ensured by the electrical conductivity of the particles and by their contact within the bed (sedimented particles). The particles must also be accessible to the ions of the electrolyte that participate in the reaction, which is ensured by the porosity of the particles. The particles are then impregnated with electrolyte. These ions thus diffuse into the electrolyte between the grains and then into the porosity of the grains, up to the place of the oxidation or reduction reaction.
La matière active « déchargée » formée par les particules 1 et 2 qui ont subi une oxydation ou une réduction est évacuée des compartiments A et C de manière continue au cours du processus de décharge, via les sorties 107 et 1 1 1 à la base des compartiments, et de la matière active « chargée » sous forme de particules 1 et 2 dans leur état d'oxydation ou de réduction initial est introduite au sommet des compartiments, via les entrées 106 et 1 10. The "discharged" active material formed by particles 1 and 2 which have undergone oxidation or reduction is removed from compartments A and C continuously during the discharge process, via the outlets 107 and 11 January at the base of the compartments, and the active material "charged" in the form of particles 1 and 2 in their oxidation state or initial reduction is introduced at the top of the compartments via the inputs 106 and 1 10.
Lors du processus de charge du système 1000, une source de courant (non représentée à la figure 1 ) est appliquée au système 1000 pour permettre aux réactions redox réversibles de se produire en sens inverse. Les particules 1 et 2 sont de nouveau mises en circulation pour permettre aux particules déchargées de se charger et aux particules chargées d'être évacuées et stockées dans les réservoirs 1 12 et 1 13.  During the charging process of the system 1000, a current source (not shown in FIG. 1) is applied to the system 1000 to allow the reversible redox reactions to occur in the opposite direction. The particles 1 and 2 are circulated again to allow the discharged particles to charge and the charged particles to be discharged and stored in the tanks 1 12 and 1 13.
On note que selon l'invention, et contrairement aux fonctionnement de piles à combustible, la quantité de matière solide sous forme de particules redox, utilisée dans chacun des réservoirs et son compartiment réactionnel associé (anodique ou cathodique), est quasiment constante dans le temps. Les particules ne se consument pas ; la matière active ne disparait pas au cours du temps.  Note that according to the invention, and unlike fuel cell operation, the amount of solid material in the form of redox particles, used in each of the tanks and its associated reaction compartment (anode or cathode), is almost constant over time . Particles do not burn; the active ingredient does not disappear over time.
Parmi les avantages présentés par l'invention, on note la possibilité d'avoir une batterie avec une densité d'énergie améliorée comparativement aux batteries à flux redox connues mettant en œuvre des couples redox ou des polymères redox sous forme dissoute ou éventuellement dispersée, tout en limitant l'utilisation de métaux en tant que matière électro-active qui peuvent être toxiques, avoir un impact négatif sur l'environnement, et être onéreux. Among the advantages presented by the invention is the possibility of having a battery with an improved energy density compared to known redox flux batteries employing redox couples or redox polymers in dissolved or possibly dispersed form, while by limiting the use of metals as an electroactive material that can be toxic, have a negative impact on the environment, and be expensive.
Un autre avantage consiste à s'affranchir de l'utilisation de membranes échangeuses d'ions entre les compartiments anodique et cathodique, comme c'est le cas des batteries à flux redox classiques du type systèmes VRB, puisque les matières actives restent sous forme solide. Ainsi un simple séparateur isolant électrique, permettant une séparation physique de la matière active solide et perméable aux ions de l'électrolyte, mais sans différenciation dans le type d'ions transférés, tels que les séparateurs mis en œuvre dans les accumulateurs électrochimiques classiques, peut être utilisé à moindre coût.  Another advantage is to overcome the use of ion exchange membranes between the anode and cathode compartments, as is the case of conventional VRB flow-type batteries because the active materials remain in solid form . Thus a simple electrical insulating separator, allowing a physical separation of the solid active material and permeable to the ions of the electrolyte, but without differentiation in the type of transferred ions, such as the separators used in conventional electrochemical accumulators, can to be used at a lower cost.
On note également que la présente invention permet avantageusement, comparativement aux batteries à flux redox de type « slurry », de mettre en œuvre un électrolyte qui n'est pas rendu visqueux par la présence de particules en suspension. De ce fait, il y a peu de surcoût énergétique lié au pompage, dans le cas où celui-ci doit être mis en œuvre. En outre la conduction ionique de l'électrolyte n'est pas affectée comme cela peut être le cas lorsque l'électrolyte est visqueux, ralentissant le transport des ions. On rappelle en effet que les systèmes dits « slurry » sont des batteries à flux redox mettant en œuvre des couples redox de batteries classiques mis en suspension dans l'électrolyte en circulation, tels que les couples utilisés dans les batteries Li-ion. La demande de brevet US2010/0047671 décrit par exemple une batterie à flux redox dans laquelle au moins une électrode comprend un électrolyte en circulation contenant des particules redox en suspension. Cet électrolyte particulier est désigné en tant que réactif semi-solide, et peut également être une suspension colloïdale, une émulsion, un gel, ou une micelle. Une difficulté majeure de ces systèmes slurry consiste à réaliser une suspension qui soit conductrice électriquement, ce qui est fait par exemple par ajout de particules conductrices telles que des particules de carbone, sans trop augmenter la viscosité pour permettre à la suspension de circuler. La viscosité importante de ce type de solutions ralentit également le transport des ions, ce qui nuit au bon déroulement des réactions redox et diminue les performances de la batterie. Ces systèmes slurry présentent également d'autres inconvénients, tels que la nécessité d'avoir des réservoirs de grandes dimensions pour stocker la matière active sous forme d'un mélange liquide-solide qui constitue un volume important, une nécessaire homogénéisation de la suspension, des risques d'écoulements hétérogènes. It is also noted that the present invention advantageously makes it possible, compared to slurry redox flow batteries, to use an electrolyte which is not made viscous by the presence of particles in suspension. As a result, there is little additional energy cost associated with pumping, in the case where it must be implemented. In addition the ionic conduction of the electrolyte is not affected as may be the case when the electrolyte is viscous, slowing the transport of ions. It is recalled that the so-called "slurry" systems are redox flow batteries implementing redox pairs of conventional batteries suspended in the electrolyte in circulation, such as the couples used in Li-ion batteries. The patent application US2010 / 0047671 for example describes a redox flow battery in which at least one electrode comprises a circulating electrolyte containing redox particles in suspension. This particular electrolyte is referred to as a semi-solid reagent, and may also be a colloidal suspension, an emulsion, a gel, or a micelle. A major difficulty of these slurry systems consists in producing a suspension that is electrically conductive, which is done for example by adding conductive particles such as carbon particles, without increasing the viscosity to allow the suspension to circulate. The high viscosity of this type of solution also slows down the transport of ions, which hampers the smooth running of the redox reactions and reduces the performance of the battery. These slurry systems also have other disadvantages, such as the need for large tanks to store the active ingredient in the form of a liquid-solid mixture which constitutes a large volume, a necessary homogenization of the suspension, risks of heterogeneous flows.
Un autre avantage important de l'invention réside dans le fait que la phase liquide constituée par l'électrolyte est confinée au voisinage de la zone réactionnelle, e.g. les compartiments anodique A et cathodique C, et éventuellement à une zone plus étendue formée par une cuve dans laquelle plonge la cellule, et n'est donc pas stockée en grande quantité comme cela est le cas des batteries à flux redox classiques ou de type slurry. Le stockage limité de l'électrolyte permet d'améliorer la sécurité des batteries et de diminuer les risques environnementaux liés aux fuites possibles de liquides potentiellement toxiques et/ou inflammables.  Another important advantage of the invention lies in the fact that the liquid phase constituted by the electrolyte is confined to the vicinity of the reaction zone, eg the anode compartments A and cathode C, and possibly to a larger zone formed by a tank in which the cell plunges, and is therefore not stored in large quantities as is the case of conventional redox flow batteries or slurry type. The limited storage of the electrolyte makes it possible to improve the safety of the batteries and to reduce the environmental risks associated with the possible leaks of potentially toxic and / or flammable liquids.
Parmi encore d'autres avantages, on note que le transport des particules peut se faire, selon certains modes de réalisation présentés ci-après, de manière mécanique sans utilisation de pompes, par exemple à l'aide de systèmes de vis sans fin, ce qui simplifie la maintenance du système et diminue les coûts opératoires.  Among other advantages, it is noted that the transport of the particles can be carried out, according to certain embodiments presented below, mechanically without the use of pumps, for example using worm gear systems. which simplifies the maintenance of the system and reduces operating costs.
Le système selon l'invention peut comprendre une pluralité de cellules électrochimiques, comme dans le cas des batteries d'accumulateurs, ou dans le cas des batteries à flux classiques, montées en série pour obtenir des tensions élevées et ainsi obtenir une puissance adaptée à l'application visée. Dans ce cas, les cellules peuvent être côte à côte, et les compartiments anodique et cathodique de chaque cellule être alimentés par un réseau de distribution des particules. La mise en série peut se faire directement grâce à la bipolarité des collecteurs de courant : le collecteur de l'électrode négative d'un compartiment peut être sur son autre face le collecteur de l'électrode positive du compartiment voisin. Les réservoirs sont de préférence communs aux différentes cellules. The system according to the invention may comprise a plurality of electrochemical cells, as in the case of storage batteries, or in the case of conventional flow batteries, connected in series to obtain high voltages and thus obtain a power adapted to the intended application. In this case, the cells can be side by side, and the anode and cathode compartments of each cell be powered by a particle distribution network. Serialization can be done directly to the bipolarity of the current collectors: the collector of the negative electrode of a compartment may be on its other face the collector of the positive electrode of the neighboring compartment. The reservoirs are preferably common to the different cells.
Les dimensions d'un système selon l'invention peuvent aller, dans le cadre d'applications industrielles, de quelques dm3 à plusieurs centaines de m3. The dimensions of a system according to the invention can range, in the context of industrial applications, from a few dm 3 to several hundred m 3 .
La présente invention est particulièrement bien adaptée aux applications de stockage d'énergie stationnaire, telles que le stockage stationnaire de l'énergie électrique provenant de sources d'énergies renouvelables, de préférence de systèmes photovoltaïques ou éoliens. La présente invention peut également être mise en œuvre dans d'autres applications de stockage stationnaire de l'énergie électrique telles que le stockage du surplus d'énergie électrique dans les centrales thermiques et nucléaires. The present invention is particularly well suited to stationary energy storage applications, such as the stationary storage of electrical energy from renewable energy sources, preferably photovoltaic or wind systems. The present invention can also be implemented in other applications of stationary storage of electrical energy such as the storage of excess electrical energy in thermal and nuclear power plants.
Ainsi, la présente invention porte également sur l'utilisation du système de stockage et de restitution d'énergie électrochimique décrit, comprenant de préférence une pluralité de cellules électrochimiques, pour le stockage stationnaire de l'énergie électrique, avantageusement le stockage stationnaire de l'énergie électrique provenant de sources d'énergies renouvelables, de préférence provenant de systèmes photovoltaïques ou éoliens.  Thus, the present invention also relates to the use of the electrochemical energy storage and delivery system described, preferably comprising a plurality of electrochemical cells, for the stationary storage of electrical energy, advantageously the stationary storage of the electrical energy from renewable energy sources, preferably from photovoltaic or wind systems.
Particules de polymères redox Redox polymer particles
Polymères redox  Redox polymers
Selon l'invention, les particules redox des électrodes négative et/ou positive comprennent un polymère redox.  According to the invention, the redox particles of the negative and / or positive electrodes comprise a redox polymer.
On rappelle qu'un polymère est un matériau organique composé de longues chaînes moléculaires appelées macromolécules. Elles sont constituées par la répétition d'une unité monomère (ou motif) selon un enchaînement covalent.  It is recalled that a polymer is an organic material composed of long molecular chains called macromolecules. They are constituted by the repetition of a monomeric unit (or pattern) in a covalent sequence.
Les polymères redox sont des polymères contenant des groupes électro-actifs qui peuvent réversiblement être réduits ou oxydés. Ces réactions redox, assorties d'un échange électronique, peuvent avoir lieu sur un groupe électro-actif organique ou sur un groupe électro-actif inorganique ou organométallique. Les réactions redox peuvent intervenir sur la chaîne polymérique principale, comme c'est le cas des polymères quinone/hydroquinone, ou sur les chaînes latérales, comme par exemple dans le cas d'un polymère comportant des groupements latéraux organiques de type quinone ou viologène ou encore des groupements organométalliques de type ferrocène ou autres métaux chélatés Les polymères redox peuvent être classés suivant la nature organique ou inorganique/organométallique du groupe électro-actif , comme cela est illustré par exemple dans les figures 2 et 3 de l'article de R. Garcia et D. Mecerreyes intitulé « Polymers with redox properties: materials for batteries, biosensors and more » (Polymer Chemistry, 2013, 4, 2206-2214). Redox polymers are polymers containing electroactive groups that can reversibly be reduced or oxidized. These redox reactions, accompanied by an electronic exchange, may take place on an organic electroactive group or on an inorganic or organometallic electroactive group. The redox reactions can be carried out on the main polymer chain, as is the case for the quinone / hydroquinone polymers, or on the side chains, as for example in the case of a polymer comprising organic side groups of the quinone or viologen type or still organometallic groups of ferrocene type or other chelated metals Redox polymers can be classified according to the organic or inorganic / organometallic nature of the electroactive group, as illustrated for example in Figures 2 and 3 of the article by R. Garcia and D. Mecerreyes entitled "Polymers with redox properties: materials for batteries, biosensors and more "(Polymer Chemistry, 2013, 4, 2206-2214).
II est connu que les polymères redox peuvent présenter des propriétés de conductivité électronique très variables suivant la structure de la chaîne polymérique, possédant ou non des doubles liaisons conjuguées, la présence ou l'absence de groupes électro-actifs sur les chaînes latérales et leur état (oxydé ou réduit).  It is known that the redox polymers may have highly variable electronic conductivity properties depending on the structure of the polymer chain, whether or not they have conjugated double bonds, the presence or absence of electroactive groups on the side chains and their state. (oxidized or reduced).
Les polymères redox utilisés dans le système et le procédé selon l'invention peuvent être conducteurs électroniques. Ils peuvent être de bons conducteurs électroniques intrinsèques, par exemple en raison de la présence de doubles liaisons conjuguées. Ils peuvent avantageusement être choisis dans la liste non exhaustive suivante de polymères redox conducteurs électroniques: la polyaniline, le polypyrrole, le polythiophène. Les polymères redox des particules peuvent présenter une conductivité électronique adaptée à leur utilisation dans une batterie telle que décrite, sans toutefois être de bons conducteurs intrinsèques (structure par exemple avec peu ou pas de doubles liaisons conjuguées, et/ou structure avec sites électro-actifs spatialement localisés), en raison d'un mécanisme connu de transport d'électrons de site électro-actif en site électro-actif (« hopping mode » en anglais), le long de la chaîne macromoléculaire (au sein de la molécule du polymère), ou entre deux macromolécules (entre deux molécules du polymère).  The redox polymers used in the system and method according to the invention can be electronically conductive. They may be good intrinsic electronic conductors, for example due to the presence of conjugated double bonds. They may advantageously be chosen from the following non-exhaustive list of electron-conducting redox polymers: polyaniline, polypyrrole and polythiophene. The redox polymers of the particles may have an electronic conductivity adapted to their use in a battery as described, without however being good intrinsic conductors (structure for example with little or no conjugated double bonds, and / or structure with electro-active sites spatially localized), due to a known electron transport mechanism of electro-active site in electro-active site ("hopping mode" in English), along the macromolecular chain (within the molecule of the polymer) , or between two macromolecules (between two molecules of the polymer).
De préférence, les polymères redox sont associés à un percolant électronique et/ou sont associés à un support intrinsèquement conducteur électronique, pour former des particules redox qui soient conductrices électriquement, comme décrit plus loin.  Preferably, the redox polymers are associated with an electronic percolator and / or are associated with an intrinsically electronically conductive support, to form redox particles that are electrically conductive, as described below.
Selon l'invention, les polymères redox peuvent présenter un squelette (chaîne polymérique principale) de nature différente. De préférence, les composés formant le squelette du polymère redox sont choisis parmi :  According to the invention, the redox polymers may have a backbone (main polymer chain) of different nature. Preferably, the compounds forming the backbone of the redox polymer are chosen from:
- les composés vinyliques, tels que :  vinyl compounds, such as:
• les polyoléfines, parmi lesquels le polyéthylène (PE), le polypropylène (PP), les polynorbornènes ;  Polyolefins, among which polyethylene (PE), polypropylene (PP), polynorbornenes;
· les polymères aromatiques tels que le polystyrène et ses dérivés ;  Aromatic polymers such as polystyrene and its derivatives;
• les polyacrylates, les polyméthacrylates, par exemple le polyméthacrylate de méthyle (PMMA), le polyacrylamide ;  Polyacrylates, polymethacrylates, for example polymethyl methacrylate (PMMA), polyacrylamide;
• l'acétate de polyvinyle (PVAc) ou l'alcool polyvinylique (PVA)  • polyvinyl acetate (PVAc) or polyvinyl alcohol (PVA)
- les polymères obtenus par condensation ou addition tels que les polyimides - les polysiloxanes ; polymers obtained by condensation or addition such as polyimides polysiloxanes;
- les polyuréthanes, les polyvinyléthers, le polyacétylène, les polyalkylène glycols ; polyurethanes, polyvinyl ethers, polyacetylene, polyalkylene glycols;
- la polyaniline, le polypyrrole, les polythiophènes. Plus préférentiellement, les polymères redox mis en œuvre selon l'invention ont un squelette formé par des composés vinyliques, notamment les polyacrylates, polyméthacrylates, le polyacrylamides, et le polystyrène. polyaniline, polypyrrole, polythiophenes. More preferably, the redox polymers used according to the invention have a backbone formed by vinyl compounds, in particular polyacrylates, polymethacrylates, polyacrylamides, and polystyrene.
Les exemples de composés cités pouvant former le squelette du polymère redox ne sont pas limitatifs.  Examples of compounds mentioned that can form the backbone of the redox polymer are not limiting.
Les polymères redox ayant un squelette tel que décrit ci-dessus peuvent comporter des groupements redox de nature différente. Ainsi, les polymères redox peuvent comprendre, sans être limitatif, les groupements suivants : The redox polymers having a backbone as described above may comprise redox groups of different nature. Thus, the redox polymers may comprise, without being limiting, the following groups:
- les radicaux nitroxydes, tels que le (2,2,6,6-tétraméthylpipéridin-1 -yl)oxy (TEMPO) et ses dérivés, le Di-tert-butyl nitroxide et ses dérivés, par exemple le poly(2, 2,6,6- tétraméthylpipéridinyloxy-méthacrylate de méthyle) (PTMA) ou le poly(N-2, 2,6,6- tétraméthylpipéridinyloxy acrylamide ou le poly(para N-tétrabutyl,oxyamine styrène), le poly(4-vinylpyridine) ;  nitroxide radicals, such as (2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1-yl) oxy (TEMPO) and its derivatives, di-tert-butyl nitroxide and its derivatives, for example poly (2, 2 Methyl 6,6-tetramethylpiperidinyloxy-methacrylate) (PTMA) or poly (N-2, 2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyacrylamide or poly (para N-tetrabutyl, oxyamine styrene), poly (4-vinylpyridine) ;
- les radicaux quinones, tels que les antharquinones, les naphtoquinones, le poly (5-amino-1 ,4 naphtoquinone) ;  quinone radicals, such as antharquinones, naphthoquinones, poly (5-amino-1,4-naphthoquinone);
- les radicaux quinoxalines ;  quinoxaline radicals;
- les radicaux bipyridines, tels que la 4-4' bipyridine et ses dérivés, i.e. les viologènes, par exemple le poly(xylyviologène) ;  bipyridine radicals, such as 4-4 'bipyridine and its derivatives, i.e. viologenes, for example poly (xylyviologen);
- le poly(2-phenyl-1 ,3-dithiolane) ;  poly (2-phenyl-1,3-dithiolane);
- les radicaux métallomères, de préférence les ferrocènes tels que le poly(vinylferrocène), le poly(éthynylferrocène) et le polyferrocène ;  metallomeric radicals, preferably ferrocenes such as poly (vinylferrocene), poly (ethynylferrocene) and polyferrocene;
- les radicaux de type pyrazine, phenazine, verdazyl et leurs dérivés.  radicals of the pyrazine, phenazine and verdazyl type and their derivatives.
Les polymères redox mis en œuvre selon l'invention comprennent de préférence des groupements redox choisis parmi les radicaux nitroxydes, quinones, quinoxalines, bipyridines, e.g. viologènes, verdazyl et ferrocènes. Mise en forme de polymères redox sous forme de particules The redox polymers used according to the invention preferably comprise redox groups chosen from nitroxide, quinone, quinoxaline and bipyridine radicals, eg viologenes, verdazyls and ferrocenes. Formatting redox polymers in the form of particles
Les particules redox comprenant les polymères redox peuvent être fabriquées selon différents procédés, afin notamment de fournir des particules solides, de préférence sensiblement sphériques, de taille adaptée au fonctionnement de la cellule, et qui soient électriquement conductrices, de porosité adaptée, et non solubles dans l'électrolyte.  The redox particles comprising the redox polymers may be manufactured according to various processes, in particular to provide solid particles, preferably substantially spherical, of a size adapted to the operation of the cell, and which are electrically conductive, of suitable porosity, and insoluble in the electrolyte.
En particulier, les particules redox des électrodes négative et/ou positive présentent les propriétés suivantes :  In particular, the redox particles of the negative and / or positive electrodes have the following properties:
- les particules comprennent un polymère redox sous une forme solide, qui est un polymère redox non soluble dans l'électrolyte ou mis en forme de manière à ne pas être soluble dans l'électrolyte, dans les conditions opératoires de la cellule électrochimique, que ce soit sous sa forme oxydée ou réduite. La matière active reste intègre au cours des cycles de charge/décharge, modulo un changement possible de densité ;  the particles comprise a redox polymer in solid form, which is a redox polymer not soluble in the electrolyte or shaped so as not to be soluble in the electrolyte, under the operating conditions of the electrochemical cell, that this either in its oxidized or reduced form. The active ingredient remains intact during the charging / discharging cycles, modulo a possible change in density;
- les particules sont sous une forme solide. Elles sont ainsi mécaniquement résistantes de manière à réduire leur érosion liée à leur mise en circulation et à leur mode de stockage au fur et à mesure des cycles ;  the particles are in a solid form. They are thus mechanically resistant so as to reduce their erosion associated with their circulation and their storage method as and when cycles;
- les particules sont poreuses afin de permettre leur imprégnation par l'électrolyte pour un bon déroulement des réactions redox. Les particules ont de préférence une macroporosité pour favoriser la circulation d'électrolyte, et ont également de préférence une mésoporosité pour maximiser la surface d'échange entre la matière active et l'électrolyte. La macroporosité est classiquement définie comme formée par des pores de taille supérieure à environ 50 nm, et la mésoporosité comme formée par des pores de taille comprise entre environ 2 nm et 50 nm. Des méthodes de détermination de la distribution de la taille de pores sont décrites dans les documents normatifs ISO 15901 -1 , ISO 15901 -2 et ISO 15901 -3 ;  - The particles are porous to allow their impregnation with the electrolyte for a good course of redox reactions. The particles preferably have a macroporosity to promote the flow of electrolyte, and preferably also have a mesoporosity to maximize the exchange surface between the active ingredient and the electrolyte. The macroporosity is conventionally defined as formed by pores larger than about 50 nm, and the mesoporosity as formed by pores ranging in size from about 2 nm to 50 nm. Methods for determining the pore size distribution are described in ISO 15901-1, ISO 15901-2 and ISO 15901 -3;
- les particules sont conductrices électriquement, de préférence au niveau de leur surface externe et également de préférence en leur sein, pour permettre d'une part le contact électrique entre les grains et d'autre part d'amener les électrons vers la matière active ;  the particles are electrically conductive, preferably at their outer surface and preferably also within them, to allow on the one hand the electrical contact between the grains and on the other hand to bring the electrons to the active material;
- les particules ont une taille adaptée au fonctionnement de la cellule telle que décrite. Elles doivent notamment avoir des dimensions suffisamment grandes pour permettre la sédimentation en phase liquide et pour permettre une séparation d'avec l'électrolyte lors de leur transport hors de la cellule, mais également des dimensions suffisamment petites et pour permettre le transfert ionique sans trop affecter la puissance du système pour que les transports ioniques se fassent sur des distances ne limitant pas la puissance du système. De préférence, les particules ont une taille au moins 10 fois plus petite que la largeur définie entre le séparateur 102 et le collecteur de courant 105 ou 109, notamment afin d'assurer un bon écoulement des particules. Par exemple, les particules ont un diamètre moyen compris entre 100 μηι et 5 mm, et de préférence compris entre 500 μηι et 2 mm. the particles have a size adapted to the operation of the cell as described. In particular, they must have large enough dimensions to allow sedimentation in the liquid phase and to allow separation from the electrolyte during their transport out of the cell, but also sufficiently small dimensions and to allow the ion transfer without affecting too much. the power of the system so that ion transport is done over distances that do not limit the power of the system. Of preferably, the particles have a size at least 10 times smaller than the width defined between the separator 102 and the current collector 105 or 109, in particular to ensure good flow of the particles. For example, the particles have a mean diameter of between 100 μηι and 5 mm, and preferably between 500 μηι and 2 mm.
- les particules sont de préférence sensiblement sphériques pour faciliter leur circulation et la percolation dans les compartiments A et C.  - The particles are preferably substantially spherical to facilitate their circulation and percolation in compartments A and C.
Au moins un polymère redox est utilisé selon l'invention : au moins une des électrodes positive 108 ou négative 104 comprend un polymère redox. De préférence, chacune des électrodes positive 108 et négative 104 comprend un polymère redox : le premier type de particules redox 1 et le deuxième type de particules redox 2 comprennent chacun un polymère redox. Le polymère redox du premier type de particules 1 a de préférence un potentiel redox éloigné du polymère redox du deuxième type de particules 2, et ont tous deux de préférence une densité d'énergie massique relativement importante, afin de fournir une batterie de haute densité d'énergie et de puissance. At least one redox polymer is used according to the invention: at least one of the positive electrodes 108 or negative 104 comprises a redox polymer. Preferably, each of the positive and negative electrodes 108 comprises a redox polymer: the first type of redox particles 1 and the second type of redox particles 2 each comprise a redox polymer. The redox polymer of the first type of particles 1 preferably has a redox potential remote from the redox polymer of the second type of particles 2, and both preferably have a relatively high specific energy density in order to provide a high density battery. energy and power.
Selon l'invention, les particules peuvent être mises sous deux principales formes détaillées plus bas, chacune pouvant comprendre plusieurs variantes : (1 ) sous la forme de grains poreux formés par les polymères redox, sans support poreux, ou (2) sous la forme de grains poreux formés par un support poreux renfermant les polymères redox. According to the invention, the particles can be put in two main forms detailed below, each of which can comprise several variants: (1) in the form of porous grains formed by the redox polymers, without porous support, or (2) in the form porous grains formed by a porous support containing the redox polymers.
Particules redox : grains poreux formés par des polymères redox, sans support poreux Redox particles: porous grains formed by redox polymers, without porous support
Un première mise en forme principale consiste à former un grain avec un polymère redox sans support poreux.  A first main shaping consists in forming a grain with a redox polymer without porous support.
Le grain formé est solide, poreux, de préférence sensiblement sphérique, et présente les autres différentes propriétés décrites ci-dessus.  The grain formed is solid, porous, preferably substantially spherical, and has the other various properties described above.
Les polymères redox sont mis sous forme de pseudo-sphères poreuses et solides. The redox polymers are formed into porous and solid pseudospheres.
Les grains de polymères redox peuvent être formés par moussage. Le moussage consiste à formuler un polymère avec un agent de moussage, aussi communément appelé agent porogène, qui par dégradation thermique à une température modérée (inférieure à la température de dégradation du polymère redox) génère des composés gazeux aptes à provoquer le moussage. Les polymères redox ayant généralement une conductivité électronique insuffisante, on vient charger la porosité du grain formé par le polymère redox, au moins en partie, avec une quantité adéquate d'un matériau conducteur électronique, tel que du noir de carbone. Si le polymère peut être extrudé, on peut par exemple obtenir le grain en mélangeant à chaud le polymère et le percolant électronique, i.e. le noir de carbone, avec un agent porogène. The redox polymer grains can be formed by foaming. Foaming consists of formulating a polymer with a foaming agent, also commonly called porogen, which by thermal degradation at a moderate temperature (below the degradation temperature of the redox polymer) generates gaseous compounds capable of causing foaming. Since redox polymers generally have insufficient electronic conductivity, the porosity of the grain formed by the redox polymer is at least partially filled with an adequate amount of an electronically conductive material, such as carbon black. If the polymer can be extruded, for example, the grain can be obtained by hot mixing the polymer and the electronic percolator, ie the carbon black, with a blowing agent.
Afin de renforcer la conductivité électronique en surface du grain, on peut également recouvrir le grain par une couche solide conductrice électrique, poreuse et perméable aux ions contenus dans l'électrolyte, formant ainsi une structure de type noyau- coque (« core-shell » en anglais), grâce à une métallisation des grains ou la formation d'un dépôt de carbone en surface des grains, afin d'accroître sensiblement les propriétés de transport électronique intergrains et assurer une réponse améliorée en puissance et en rendement énergétique du procédé de stockage. Les particules redox présentent ainsi une structure de type noyau-coque telle que représentée à la figure 7, où la coque 700 correspond à la couche solide en matériau électriquement conducteur, poreux et perméable à l'électrolyte et ses ions, et la matière active 701 , e.g. Ie(s) polymère(s) redox se situe(nt) à l'intérieur de cette coque 700.  In order to reinforce the electronic conductivity at the surface of the grain, it is also possible to cover the grain with a solid conductive electrical layer, porous and permeable to the ions contained in the electrolyte, thus forming a core-shell structure ("core-shell"). in English), by grain metallization or the formation of a carbon deposit on the surface of the grains, in order to substantially increase the intergrain electronic transport properties and to provide an improved response in power and energy efficiency of the storage method . The redox particles thus have a core-shell type structure as shown in FIG. 7, in which the shell 700 corresponds to the solid layer made of electrically conductive material, porous and permeable to the electrolyte and its ions, and the active substance 701 , eg the redox polymer (s) is (are) inside this shell 700.
Particules redox : grains poreux formés par un support poreux renfermant des polymères redox Redox particles: porous grains formed by a porous support containing redox polymers
Une deuxième mise en forme principale consiste à former un grain en associant un polymère redox à un support poreux conducteur électronique, ledit grain formé étant alors solide, poreux, de préférence sensiblement sphérique, et présentant les autres différentes propriétés décrites ci-dessus.  A second main shaping consists in forming a grain by associating a redox polymer with a porous electronically conductive support, said formed grain being then solid, porous, preferably substantially spherical, and having the other various properties described above.
Différentes techniques peuvent être utilisées pour la fabrication de tels grains de polymères redox avec support poreux.  Different techniques can be used for the manufacture of such redox polymer grains with porous support.
Le support est de préférence une sphère constituée d'un matériau électronique conducteur, telle qu'une sphère de mousse métallique ou de mousse carbone, ladite mousse de carbone étant de préférence graphitique. L'utilisation d'un tel support conducteur a l'avantage de permettre l'usage de nombreux polymères, qu'ils soient conducteurs électroniques ou non.  The support is preferably a sphere made of a conductive electronic material, such as a sphere of metal foam or carbon foam, said carbon foam being preferably graphitic. The use of such a conductive support has the advantage of allowing the use of many polymers, whether they are electronic conductors or not.
Tout autre matériau de conductivité électronique adaptée à son utilisation dans le système électrochimique selon l'invention et pouvant être mis sous la forme d'une particule poreuse peut convenir. De préférence, on effectue un greffage de polymères redox sur le support poreux conducteur électronique. Any other material of electronic conductivity adapted to its use in the electrochemical system according to the invention and which can be put into the form of a porous particle may be suitable. Preferably, grafting of redox polymers onto the porous electronically conductive support is carried out.
Le greffage consiste à immobiliser par liaison de forte énergie (covalente, électrostatique etc.) une espèce chimique sur un support. Dans le cas présent il s'agit de greffer le polymère à la surface d'un support poreux conducteur. Le polymère redox est greffé sur le support poreux de manière à être présent dans le grain (dans les pores du grain).  The grafting consists in immobilizing by a strong energy bond (covalent, electrostatic, etc.) a chemical species on a support. In the present case, it is a question of grafting the polymer on the surface of a porous conductive support. The redox polymer is grafted onto the porous support so as to be present in the grain (in the pores of the grain).
Plusieurs méthodes de greffage sont envisageables, à condition que le polymère redox comporte des groupements fonctionnels adaptés. Par exemple, et sans être limitatifs, les techniques suivantes, bien connues en chimie, peuvent être employées :  Several grafting methods are possible, provided that the redox polymer has suitable functional groups. For example, and without being limiting, the following techniques, well known in chemistry, can be used:
- Sels de diazoniumn, physisorption par ττ-π stacking avec des groupements fonctionnels de type pyrène, chimie « click » qui consiste en la cyclisation entre un composé 1 ,3-dipolaire (azoture, diazoalcane, oxyde de nitrile) et un dipolarophile (alcyne, alcène), la cycloaddition entre un azoture et un alcyne conduisant à la formation d'une unité 1 ,2,3- triazole ;  - Diazonium salts, physisorption by ττ-π stacking with pyrene-type functional groups, "click" chemistry which consists of the cyclization between a 1,3-dipolar compound (azide, diazoalkane, nitrile oxide) and a dipolarophil (alkyne) alkene), the cycloaddition between an azide and an alkyne leading to the formation of a 1,2,3-triazole unit;
- Dépôts successifs couche par couche d'un polycation, puis d'un polyanion ;  Successive deposition layer by layer of a polycation, then of a polyanion;
Les polymères redox peuvent également être associés au support poreux selon d'autres techniques : The redox polymers can also be associated with the porous support according to other techniques:
- par réticulation du polymère dans la porosité du support. Dans ce cas, on peut imprégner le support avec une solution du polymère ou du monomère et avec un agent de réticulation. De manière générale la réticulation consiste en un couplage covalent de polymères avec un degré de fonctionnalité supérieur à 2 afin de former une structure tridimensionnelle covalente de masse molaire théorique infinie. Par exemple, on peut réaliser la réticulation d'un polymère vinylique par copolymérisation d'un monomère fonctionnalisé redox avec un monomère multifonctionnel comme le divinylbenzène ou encore, la réticulation par modification chimique d'un polymère.  by crosslinking the polymer in the porosity of the support. In this case, the support can be impregnated with a solution of the polymer or monomer and with a crosslinking agent. In general, the crosslinking consists of a covalent coupling of polymers with a degree of functionality greater than 2 in order to form a covalent three-dimensional structure of infinite theoretical molecular weight. For example, it is possible to carry out the crosslinking of a vinyl polymer by copolymerization of a functionalized redox monomer with a multifunctional monomer such as divinylbenzene or else crosslinking by chemical modification of a polymer.
La réticulation du polymère dans la porosité du support conduit à la formation in situ un réseau tridimensionnel (3D) du polymère. Le grain ainsi formé avec son réseau 3D du polymère dans la porosité est particulièrement intéressant pour limiter physiquement la solubilisation de polymères redox dans l'électrolyte lorsque lesdits polymères sont solubles dans l'électrolyte.  The crosslinking of the polymer in the porosity of the support leads to the formation in situ of a three-dimensional (3D) network of the polymer. The grain thus formed with its 3D network of the polymer in the porosity is particularly useful for physically limiting the solubilization of redox polymers in the electrolyte when said polymers are soluble in the electrolyte.
- par précipitation du polymère dans la porosité du support. Dans ce cas, on peut imprégner le support avec une solution de polymère redox (solvant adéquat) puis on le sèche. Le polymère est alors déposé dans la porosité du support poreux. Dans le cas où les grains sont obtenus par cette technique de précipitation, on veillera à choisir un électrolyte pour la batterie qui ne soit pas un solvant du polymère redox. by precipitation of the polymer in the porosity of the support. In this case, the support can be impregnated with a solution of redox polymer (suitable solvent) and then dried. The polymer is then deposited in the porosity of the porous support. In the case where the grains are obtained by this precipitation technique, care should be taken to choose an electrolyte for the battery which is not a solvent for the redox polymer.
- obtention d'un grain à partir de la réalisation d'une encre formée par le polymère redox en phase solvant, et comportant en outre un percolant électrique et éventuellement un liant supplémentaire, et de former des particules sphériques à partir de cette encre en enduisant ou en imprégnant des particules sphériques avec cette encre puis en séchant les particules. L'utilisation d'encres (matière redox en phase solvant avec un percolant électrique), est une méthode classique pour le dépôt de matière redox dans les batteries.  obtaining a grain from the production of an ink formed by the redox polymer in the solvent phase, and further comprising an electrical percolating agent and optionally an additional binder, and forming spherical particles from this ink by coating or by impregnating spherical particles with this ink and then drying the particles. The use of inks (redox material in the solvent phase with an electrical percolator) is a conventional method for the deposition of redox material in batteries.
La figure 6 illustre des particules redox de type grains poreux formés par un support poreux renfermant des polymères redox. La particule redox 2 présente une structure en forme de sphère 600 obtenue à partir de la mise en forme de mousse conductrice 605, par exemple une mousse métallique ou de carbone, représentée en noir. La sphère 600 est remplie par la matière active 601 , e.g. les polymères redox, représentée en gris. L'ensemble du grain est poreux. La porosité de la particule 2 est liée à celle de la mousse conductrice en tant que telle ainsi que la structure formée par les polymères redox au sein de la porosité initiale de la mousse conductrice. L'invention n'exclut pas l'utilisation de couples redox solides autres que des polymères redox pour former des particules redox d'un compartiment de la cellule électrochimique alors que l'autre compartiment comprend des particules de polymères redox. Des exemples de tels couples sont donnés dans la demande de brevet français déposée sous le N° 15/56.883, et brièvement rappelés ci-dessous. Figure 6 illustrates porous grain type redox particles formed by a porous support containing redox polymers. The redox particle 2 has a spherical shaped structure 600 obtained from the conductive foam shaping 605, for example a metal or carbon foam, shown in black. The sphere 600 is filled with the active material 601, e.g. the redox polymers, shown in gray. The whole grain is porous. The porosity of the particle 2 is related to that of the conductive foam itself as well as the structure formed by the redox polymers within the initial porosity of the conductive foam. The invention does not exclude the use of solid redox couples other than redox polymers to form redox particles of one compartment of the electrochemical cell while the other compartment comprises redox polymer particles. Examples of such pairs are given in the French patent application filed under No. 15 / 56,883, and briefly recalled below.
L'ensemble des couples redox des accumulateurs conventionnels peut être utilisé à condition de pouvoir être mis sous la forme de grains conducteurs électriques et non solubles présentant les propriétés mentionnées plus haut.  The set of redox couples of conventional accumulators can be used provided that it can be put in the form of electrical and insoluble conductive grains having the properties mentioned above.
Une liste d'exemples de couples redox non exhaustive est donnée ci-dessous : A list of examples of non-exhaustive redox couples is given below:
- des couples redox classiquement utilisés dans les batteries de type plomb-acide, tels que les couples redox Pb/PbS04 ou Pb02/PbS04, de préférence en association avec un électrolyte aqueux et comprenant de l'acide sulfurique H2S04 ; redox pairs conventionally used in lead-acid type batteries, such as the Pb / PbSO 4 or PbO 2 / PbSO 4 redox pairs, preferably in combination with an aqueous electrolyte and comprising sulfuric acid H 2 S0 4 ;
- des couples redox classiquement utilisés dans les batteries de type alcalin NiMH ou NiCd, par exemple le couple redox Cd/Cd(OH)2, un couple redox M/MH, M étant un hydrure métallique, le couple redox NiOOH/Ni(OH)2, de préférence en association avec un électrolyte aqueux et comprenant de l'hydroxyde de potassium KOH ; redox couples conventionally used in NiMH or NiCd alkaline type batteries, for example the Cd / Cd (OH) 2 redox couple, a M / MH redox couple, M being a metal hydride, the redox pair NiOOH / Ni (OH) 2 , preferably in combination with an aqueous electrolyte and comprising potassium hydroxide KOH;
- des couples redox de batteries de type lithium-ion (Li-ion) comprenant des matériaux d'intercalation des ions lithium, tels que des couples redox comportant du carbone, par exemple LiC6/C6, des couples redox comportant du titanate de lithium, par exemple le couple redox
Figure imgf000026_0001
des couples redox comportant des alliages intermétalliques, par exemple des alliages associant le lithium avec le silicium (Si), l'étain (Sn), l'antimoine (Sb) ou l'aluminium (Al), des couples redox composites constitués de mélange des précédents couples avec le carbone comme Si/C, des oxydes de métaux de la familles des oxydes lamellaires 2D de type LiM02 avec M un métal tel que LiCo02 (LCO), LiNio.8Coo.15Alo.05O2 (NCA) et LiNixMnyCoz02 (NMC), des composés de structure spinelle de type UM2O4, par exemple LiMn204 (LMO), des matériaux de type HV-spinel (High Voltage Spinel) de structure LiMn2-xMx04 comme LiMrH.5Nio.5C , des composés de la famille des olivines de type LiMP04, comme LiFeP04 (LFP), des alliages ou mélanges de plusieurs de ces matériaux nommés blend comme LMO blend NMC. L'électrolyte est dans ce cas un mélange de solvants organiques à base de carbonates d'alkyles et d'un sel dissous de type LiPF6.
redox pairs of lithium-ion (Li-ion) type batteries comprising lithium ion intercalation materials, such as redox couples comprising carbon, for example LiC 6 / C 6 , redox couples comprising titanate, lithium, for example the redox couple
Figure imgf000026_0001
redox couples comprising intermetallic alloys, for example alloys combining lithium with silicon (Si), tin (Sn), antimony (Sb) or aluminum (Al), composite redox couples consisting of a mixture of previous pairs with carbon such as Si / C, metal oxides of the family of 2D lamellar oxides of LiM0 2 type with M a metal such as LiCo0 2 (LCO), LiNiO.8Coo.15Alo.05O2 (NCA) and LiNi x Mn y Co z 0 2 (NMC), compounds of spinel structure of the type UM 2 O 4 , for example LiMn 2 0 4 (LMO), materials of HV-spinel type (High Voltage Spinel) of structure LiMn 2 - x M x 0 4 as LiMrH.5Nio .5 C, compounds of the family of olivine type LiMP0 4 as LiFeP0 4 (LFP), alloys or mixtures of several of these named materials as LMO blend blend NMC. The electrolyte is in this case a mixture of organic solvents based on alkyl carbonates and a dissolved salt of LiPF 6 type.
Différents modes de fabrication de ces particules comprenant ce type de couples redox non polymères sont envisageables : un premier mode de fabrication consiste à mettre en forme un couple redox à la fois bon conducteur électronique à l'état oxydé et à l'état réduit, de manière à produire des sphères poreuses et solides. Par exemple, une formulation d'électrode classique d'accumulateur électrochimique, comprenant une concentration élevée en percolant électronique et comprenant un liant permettant d'obtenir une particule mécaniquement résistante peut être utilisée en tant que matériau pour former les particules redox. Un deuxième mode de fabrication consiste à imprégner des sphères de mousse métallique ou de mousse carbone, par un couple redox. Des additifs conducteurs électriques peuvent être ajoutés aux couples redox, par exemple de type noir de carbone. D'autres additifs de type liant, par exemple un polymère, peuvent être ajoutés aux couples redox. Ces types d'additifs se retrouvent sans les compositions d'électrodes d'accumulateurs électrochimiques classiques. Un troisième mode de fabrication consiste à réaliser une sphère formée d'un couple redox, bien percolée électriquement en son sein par l'ajout d'une quantité adéquate de percolant électrique, par exemple de type noir de carbone, et à recouvrir cette sphère par une couche solide conductrice électrique, poreuse et perméable aux ions contenus dans l'électrolyte, telle qu'une couche composée de carbone. Les particules présentent ainsi une structure de type noyau-coque (core-shell). Different methods of manufacturing these particles comprising this type of non-polymeric redox couples are conceivable: a first method of manufacture consists in shaping a redox couple both good electronic conductor in the oxidized state and in the reduced state, to produce porous and solid spheres. For example, a conventional electrochemical accumulator electrode formulation comprising a high electron percolant concentration and comprising a binder for obtaining a mechanically strong particle can be used as a material to form the redox particles. A second method of manufacture is to impregnate spheres of metal foam or carbon foam by a redox couple. Electrical conductive additives may be added to the redox couples, for example carbon black type. Other binder type additives, for example a polymer, can be added to the redox couples. These types of additives are found without conventional electrochemical accumulator electrode compositions. A third method of manufacture consists in producing a sphere formed of a redox couple, well electrically percolated therein by the addition of an adequate amount of electrical percolant, for example carbon black type, and covering this sphere by an electrically conductive solid layer, porous and permeable to the ions contained in the electrolyte, such as a layer composed of carbon. The particles thus have a core-shell structure.
D'autres couples redox de type molécules organiques peuvent également être utilisés pour former des particules redox d'un compartiment de la cellule électrochimique alors que l'autre compartiment comprend des particules de polymères redox. Une technique de greffage des molécules redox organiques est dans ce cas requise pour former les particules, par exemple une technique d'électrogreffage par voie oxydante ou réductrice, un greffage chimique par chimie click ou à partir de sels de diazonium. Ces molécules organiques peuvent être des quinones, des quinoxalines, des nitroxydes, des métallocènes.  Other organic molecule redox couples can also be used to form redox particles of one compartment of the electrochemical cell while the other compartment comprises redox polymer particles. In this case, a grafting technique of the organic redox molecules is required to form the particles, for example an electrografting technique by oxidizing or reducing route, chemical grafting by click chemistry or from diazonium salts. These organic molecules may be quinones, quinoxalines, nitroxides, metallocenes.
Dans ces modes de réalisation où la cellule électrochimique est en quelque sorte hybride, avec un premier type de particules comportant un polymère redox dans un compartiment et un deuxième type de particules non polymères redox (molécule organique redox non polymère ou couple redox métalliques), l'électrolyte est choisi de manière à être compatible avec les deux types de particules pour le fonctionnement de la batterie (nature du solvant, sels dissous, pH).  In these embodiments where the electrochemical cell is in some way hybrid, with a first type of particles comprising a redox polymer in a compartment and a second type of non-polymeric redox particles (non-polymeric organic redox molecule or redox metal pair), the The electrolyte is chosen to be compatible with both types of particles for the operation of the battery (nature of the solvent, dissolved salts, pH).
Différents modes de réalisation du système et procédé selon l'invention Various embodiments of the system and method according to the invention
Différentes configurations du système selon l'invention sont possibles. Ainsi, l'électrolyte peut être statique dans les compartiments de la cellule électrochimique, ou être mobile si le système comprend des moyens de circulation de l'électrolyte. Certaines configurations peuvent comprendre des moyens de transport mécaniques des particules redox, et d'autres des moyens de transport pneumatiques de celles-ci. Certaines configurations peuvent également comprendre deux réservoirs de stockage des particules, et d'autres quatre réservoirs permettant une séparation des particules réduites et oxydées sortant des compartiments de la cellule.  Different configurations of the system according to the invention are possible. Thus, the electrolyte can be static in the compartments of the electrochemical cell, or be mobile if the system comprises means for circulating the electrolyte. Some configurations may include mechanical transport means of redox particles, and others pneumatic conveying means thereof. Some configurations may also include two particle storage tanks, and other four tanks allowing separation of the reduced and oxidized particles exiting the compartments of the cell.
Les figures 3 à 5 présentent des exemples de mode de réalisation, non limitatifs.  Figures 3 to 5 show examples of non-limiting embodiments.
Selon un premier mode de réalisation, représenté schématiquement à la figure 3, le transport des particules redox 1 et 2 jusqu'aux réservoirs de stockages 312 et 313 se fait par des moyens de transport mécanique, tel qu'un système de vis sans fin. According to a first embodiment, shown schematically in FIG. 3, the transport of the redox particles 1 and 2 to the storage tanks 312 and 313 is done by mechanical transport means, such as a worm system.
Le système 3000 comprend une cellule électrochimique 300 comportant une enceinte 301 formée des compartiments anodique A et cathodique C séparés par le séparateur 302 isolant électrique et perméable aux ions de l'électrolyte 303. Le système est représenté comme fonctionnant dans le sens d'une décharge, tel que cela apparaît à travers le sens de circulation des électrons dans le circuit extérieur 317 relié aux collecteurs de courant 305 et 309 en contact avec les électrodes négative 304 et positive 308. Le circuit 317 permet la circulation des électrons produits à l'anode, générant ainsi un courant. Le circuit 317 permet également de transmettre un courant débité par un générateur externe afin de recharger la batterie. Dans ce cas, le compartiment anodique est le lieu de réactions de réduction de la matière active des particules 1 de l'électrode négative, et le compartiment cathodique le lieu de réactions d'oxydation de particules redox de deuxième type 2. The system 3000 comprises an electrochemical cell 300 comprising an enclosure 301 formed of the anode compartments A and cathode C separated by the electrically insulating separator 302 and permeable to ions of the electrolyte 303. The system is shown to operate in the discharge direction, as it appears through the direction of flow of the electrons in the external circuit 317 connected to the current collectors 305 and 309 in contact with the negative electrodes 304 and positive 308. The circuit 317 allows the circulation of the electrons produced at the anode, thus generating a current. The circuit 317 also makes it possible to transmit a current discharged by an external generator in order to recharge the battery. In this case, the anode compartment is the place of reactions of reduction of the active material of the particles 1 of the negative electrode, and the cathode compartment the place of oxidation reactions of redox particles of second type 2.
Le système comprend un cuve 314 contenant l'électrolyte 303. L'enceinte 301 est plongée dans cette cuve, de manière à ce que l'électrolyte 303 baigne tout le lit de particules (304, 308) dans chacun des compartiments anodique A et cathodique C de l'enceinte 301 . La cuve 314 comporte deux zones 315 et 316 séparées par une paroi 319 isolante électriquement et résistante chimiquement à l'électrolyte, et respectivement en communication avec le compartiment anodique A et le compartiment cathodique C.  The system comprises a tank 314 containing the electrolyte 303. The chamber 301 is immersed in this tank, so that the electrolyte 303 bathes the entire bed of particles (304, 308) in each of the anode compartments A and cathode C of the enclosure 301. The tank 314 comprises two zones 315 and 316 separated by an electrically insulating wall 319 which is chemically resistant to the electrolyte and is respectively in communication with the anode compartment A and the cathode compartment C.
Les particules de premier type 1 de l'électrode négative 304 sont injectées par le haut de l'entrefer, au niveau de l'entrée 306 du compartiment anodique A, via des moyens d'alimentation de type conduites 320, de préférence positionnés en bas du réservoir de stockage 312, qui comportent des moyens de régulation 321 du flux entrant de particules, par exemples des vannes mécaniques. Le lit de particules sédimentées 304 descend progressivement en même temps que les particules 1 subissent une oxydation libérant des électrons dans le système. Les particules 1 oxydées sont évacuées par la sortie 307, comportant des moyens de régulation 318 du flux sortant, de type vanne mécanique, et sont recueillies dans la zone 315 de la cuve 314, où elles s'accumulent au fond de la cuve. Les particules 1 oxydées sont transportées depuis le fond de la cuve jusqu'au réservoir 312 par un dispositif comprenant une vis sans fin, permettant aux particules de s'égoutter lorsqu'elles montent dans la vis. L'électrolyte reste ainsi dans la cuve 314.  The first type of particles 1 of the negative electrode 304 are injected through the top of the air gap, at the inlet 306 of the anode compartment A, via conduit-type supply means 320, preferably positioned at the bottom storage tank 312, which comprise means 321 for regulating the incoming flow of particles, for example mechanical valves. The bed of sedimented particles 304 progressively descends at the same time as the particles 1 undergo oxidation releasing electrons into the system. The oxidized particles 1 are discharged through the outlet 307, comprising regulating means 318 of the outflow, of the mechanical valve type, and are collected in the zone 315 of the tank 314, where they accumulate at the bottom of the tank. The oxidized particles 1 are transported from the bottom of the tank to the tank 312 by a device comprising a worm, allowing the particles to drip when they rise in the screw. The electrolyte thus remains in the tank 314.
Dans le réservoir 312, les particules redox sous leur forme réduite se situent généralement en bas du réservoir, et les particules redox oxydées en haut du réservoir suite à un fonctionnement prolongé en décharge. Des moyens de brassage des particules, tels que des hélices, peuvent éventuellement être montés dans le réservoir, afin d'assurer le mélange des particules si l'enchaînement des phases de charge et décharge nécessite l'apport de particules disponibles pour la recharge. La même configuration et le même principe s'applique aux particules de deuxième type 2 de l'électrode positive 308, qui sont injectées dans le compartiment cathodique C au niveau de l'entrée 31 , sous leur forme oxydée, qui subissent une réduction lors de leur progression vers le bas du compartiment. Les particules 2 sont recueillies sous leur forme réduite dans la zone 316 au fond de la cuve 314, via la sortie 31 1 du compartiment cathodique C. Les particules 2 réduites sont alors transportées jusqu'au réservoir 313 de la même manière que les particules de premier type 1 . In the reservoir 312, the redox particles in their reduced form are generally at the bottom of the tank, and the oxidized redox particles at the top of the tank following prolonged operation in discharge. Means for mixing the particles, such as propellers, may optionally be mounted in the tank, to ensure mixing of the particles if the sequence of charging and discharging phases requires the addition of particles available for charging. The same configuration and the same principle applies to the second type 2 particles of the positive electrode 308, which are injected into the cathode compartment C at the inlet 31, in their oxidized form, which undergo a reduction during their progress towards the bottom of the compartment. The particles 2 are collected in their reduced form in the zone 316 at the bottom of the tank 314, via the outlet 31 1 of the cathode compartment C. The reduced particles 2 are then transported to the tank 313 in the same manner as the particles of first type 1.
Selon une variante du système représenté avec les deux réservoirs 312 et 313, le système comprend quatre réservoirs de stockage, deux pour chaque type de particules redox, permettant ainsi de séparer les circuits de particules redox oxydées et réduites pour chaque type de particules. Dans ce cas, pour un type de particule donné 1 ou 2, chaque réservoir alimente indépendamment par des moyens d'alimentation propres le compartiment associé de la cellule.  According to a variant of the system shown with the two reservoirs 312 and 313, the system comprises four storage tanks, two for each type of redox particles, thus making it possible to separate the oxidized and reduced redox particle circuits for each type of particles. In this case, for a given type of particle 1 or 2, each tank independently feeds by means of self-supply the associated compartment of the cell.
Lors de la recharge du système, les particules 1 de l'électrode négative sous forme oxydée, ou partiellement oxydée, sont injectées par le haut de l'entrefer. Les particules 1 subissent une réduction grâce à une alimentation électrique placée sur le circuit extérieur 317 qui injecte des électrons via le collecteur 305. Les particules redox de deuxième type 2 de l'électrode positive, envoyées sous une forme réduite ou partiellement réduite dans le compartiment cathodique C, subissent dans le même temps une oxydation et des électrons sont émis et collectés au collecteur 309.  During the recharging of the system, the particles 1 of the negative electrode in oxidized form, or partially oxidized, are injected from the top of the gap. The particles 1 are reduced by a power supply placed on the external circuit 317 which injects electrons via the collector 305. The second type redox particles 2 of the positive electrode, sent in a reduced or partially reduced form in the compartment cathode C, undergo at the same time an oxidation and electrons are emitted and collected at the collector 309.
Le système selon l'invention peut en outre comprendre des moyens de circulation de l'électrolyte pour faire circuler l'électrolyte hors de l'enceinte 101 , afin notamment d'homogénéiser la concentration en ions aux interfaces et améliorer le fonctionnement et la puissance du système. Dans ce cas, la solution électrolytique est en mouvement dans chacun des compartiments anodique A et cathodique C, et circule entre chacun des compartiments et une zone de stockage de l'électrolyte. Cette zone de stockage de l'électrolyte peut être une partie du réservoir de stockage des particules, comme cela est le cas du deuxième mode de réalisation, décrit ci-dessous en relation avec la figure 4, ou peut être une zone de récupération en aval de l'enceinte, distincte des réservoirs de stockage des particules, comme cela est le cas du troisième mode de réalisation, décrit ci-dessous en relation avec la figure 5. Selon un deuxième mode de réalisation, illustré à la figure 4, le système 4000 est sensiblement identique à celui de premier mode de réalisation pour ce qui est de la cellule 400 et de l'enceinte 401 plongeant dans une cuve 414. La partie descriptive en relation avec les références 300 à 321 est identique pour les objets identifiés sous les références 400 à 421 et n'est pas reprise ici. The system according to the invention may further comprise means for circulating the electrolyte to circulate the electrolyte out of the chamber 101, in particular to homogenize the ion concentration at the interfaces and improve the operation and the power of the system. In this case, the electrolytic solution is in motion in each of the anode compartments A and cathode C, and circulates between each of the compartments and a storage area of the electrolyte. This electrolyte storage zone may be a part of the particle storage tank, as is the case of the second embodiment, described below in connection with FIG. 4, or may be a downstream recovery zone. of the chamber, distinct from the storage tanks of the particles, as is the case of the third embodiment, described below in connection with Figure 5. According to a second embodiment, illustrated in FIG. 4, the system 4000 is substantially identical to that of the first embodiment with regard to the cell 400 and the chamber 401 immersed in a tank 414. The descriptive part in FIG. relation with references 300 to 321 is identical for the objects identified under references 400 to 421 and is not repeated here.
Selon ce deuxième mode de réalisation, les moyens de circulation de l'électrolyte comprennent un système de conduites 422 et 423 munies de pompes 425 et 424. La conduite 422 munie de le pompe 425 permet d'assurer le transport d'un mélange comprenant l'électrolyte 403 et les particules de premier type 1 depuis la zone 415 de la cuve 414 jusqu'au réservoir 412. De même, la conduite 423 munie de le pompe 424 assure le transport d'un mélange comprenant l'électrolyte 403 et les particules de premier type 2 depuis la zone 416 de la cuve 414 jusqu'au réservoir 413.  According to this second embodiment, the means for circulating the electrolyte comprise a system of conduits 422 and 423 provided with pumps 425 and 424. The line 422 provided with the pump 425 makes it possible to transport a mixture comprising the electrolyte 403 and the first type particles 1 from the zone 415 of the tank 414 to the tank 412. Similarly, the pipe 423 provided with the pump 424 transports a mixture comprising the electrolyte 403 and the particles first type 2 from zone 416 of tank 414 to tank 413.
Dans les réservoirs 412 et 413, des moyens de séparation 427, par exemple un tamis adapté à la taille des particules redox mises en œuvre, permettent de séparer les particules de l'électrolyte 403 contenues dans chacun des mélanges liquide/solide extrait de la cuve. De préférence, les tamis sont positionnés dans la partie inférieure des réservoirs, le stockage de l'électrolyte occupant un volume mineur comparativement au volume de stockage des particules. La partie des réservoirs servant au stockage de l'électrolyte 403 est reliée fluidiquement à la cuve 414 : des moyens d'introduction (425,426) de l'électrolyte 403, de type conduites, relient la partie basse des réservoirs à la cuve 414. L'introduction de l'électrolyte peut se faire directement dans les compartiments anodique A et cathodique C de la cellule 400, ou se faire dans les zones 415 et 416 de la cuve 414.  In the tanks 412 and 413, separating means 427, for example a sieve adapted to the size of the redox particles used, make it possible to separate the particles of the electrolyte 403 contained in each of the liquid / solid mixtures extracted from the tank. . Preferably, the screens are positioned in the lower part of the tanks, the storage of the electrolyte occupying a minor volume compared to the storage volume of the particles. The portion of the tanks used for storing electrolyte 403 is fluidly connected to tank 414: conduit introduction means (425,426) of electrolyte 403 connect the lower part of the tanks to tank 414. L introduction of the electrolyte can be done directly in the anode compartments A and cathode C of the cell 400, or be in the areas 415 and 416 of the tank 414.
Selon un troisième mode de réalisation, illustré à la figure 5, le système 5000 est sensiblement identique à celui de premier mode de réalisation pour ce qui est de la cellule 500. La partie descriptive en relation avec les références 300 à 313, 317 et 3181 est identique pour les objets identifiés sous les références 500 à 513, 517 et 518 et n'est pas reprise ici. According to a third embodiment, illustrated in FIG. 5, the system 5000 is substantially identical to that of the first embodiment with regard to the cell 500. The descriptive part in relation with the references 300 to 313, 317 and 3181 is identical for the objects identified under references 500 to 513, 517 and 518 and is not repeated here.
Selon ce troisième mode de réalisation, les moyens de circulation de l'électrolyte comprennent un système de conduites 526 qui transportent l'électrolyte 503 évacué des compartiments anodique A et cathodique C en même temps que les particules 1 et 2, et récupéré dans un dispositif de récupération en aval des sorties (507,51 1 ). Le dispositif de récupération permet également de récupérer les particules redox et de les séparer de l'électrolyte afin de les recueillir dans deux zones séparées 515 et 516. Le dispositif de récupération comporte ainsi un récipient 514 muni d'un fond 524 surmonté d'un tamis 525 pour retenir les particules de premier type 1 et de deuxième type 2 respectivement dans la zone 515 et la zone 516, et pour laisser passer l'électrolyte 503 dans le fond 524 du récipient. According to this third embodiment, the electrolyte circulation means comprise a pipe system 526 which carries the electrolyte 503 discharged from the anode compartments A and cathode C together with the particles 1 and 2, and recovered in a device downstream recovery of the outlets (507.51 1). The recovery device also makes it possible to recover the redox particles and to separate them from the electrolyte in order to collect them in two separate zones 515 and 516. recovery thus comprises a container 514 provided with a bottom 524 surmounted by a sieve 525 for retaining the first type 1 and second type 2 particles respectively in the zone 515 and the zone 516, and for passing the electrolyte 503 in the bottom 524 of the container.
Le système de conduites 526 comprend au moins une pompe 527 pour transporter l'électrolyte 503 depuis le fond 524 du récipient 514 jusqu'en tête des compartiments anodique A et cathodique C de l'enceinte 501 .  The pipe system 526 comprises at least one pump 527 for transporting the electrolyte 503 from the bottom 524 of the container 514 to the head of the anode compartments A and cathode C of the enclosure 501.
Le transport des particules de premier type 1 et de deuxième type 2 se fait de la même manière que pour le premier mode de réalisation, à l'aide de moyens de transports mécaniques tel qu'un système de vis sans fin, amenant les particules depuis les zones 515 et 516 du dispositif de récupération jusqu'aux réservoirs 512 et 513  The transport of the first type 1 and second type 2 particles is done in the same way as for the first embodiment, using mechanical transport means such as a worm system, bringing the particles from areas 515 and 516 of the recovery device to tanks 512 and 513

Claims

REVENDICATIONS
1 . Système de stockage et de restitution d'énergie électrochimique à flux de particules redox (1000,3000,4000,5000) comportant : 1. Redox particle flow electrochemical energy storage and return system (1000,3000,4000,5000) comprising:
- au moins une cellule électrochimique (100,300,400,500) comprenant une enceinte (101 ,301 ,401 ,501 ) formée par un compartiment anodique (A) et un compartiment cathodique (C) contenant un électrolyte et séparés par un séparateur (102,302,402,502) isolant électrique et perméable aux ions contenus dans l'électrolyte, ledit séparateur étant disposé selon un axe sensiblement vertical ;  at least one electrochemical cell (100,300,400,500) comprising an enclosure (101, 301, 401, 501) formed by an anode compartment (A) and a cathode compartment (C) containing an electrolyte and separated by an electrical insulating separator (102, 302, 402, 502) and permeable to the ions contained in the electrolyte, said separator being disposed along a substantially vertical axis;
o ledit compartiment anodique (A) comprenant une électrode négative (104,304,404,504) sous forme d'un lit d'un premier type de particules redox (1 ) sédimentées baignant dans l'électrolyte (103,303,403,503), ledit compartiment anodique (A) étant défini entre ledit séparateur (102,302,402,502) et un premier collecteur de courant électrique (105,305,405,505) en contact avec ladite électrode négative (104,304,404,504), et ledit compartiment anodique comprenant une entrée (103,306,406,506) à son sommet et une sortie (107,307,407,507) à sa base pour respectivement recevoir et évacuer un flux entrant (10) et un flux sortant (1 1 ) du premier type de particules redox (1 );  o said anode compartment (A) comprising a negative electrode (104,304,404,504) in the form of a bed of a first type of sedimented redox particles (1) immersed in the electrolyte (103,303,403,503), said anode compartment (A) being defined between said separator (102,302,402,502) and a first electrical current collector (105,305,405,505) in contact with said negative electrode (104,304,404,504), and said anode compartment including an inlet (103,306,406,506) at its top and an outlet (107,307,407,507) at its base for respectively receiving and discharging an incoming stream (10) and an outflow (1 1) of the first type of redox particles (1);
o ledit compartiment cathodique (C) comprenant une électrode positive (108,308,408,508) sous forme d'un lit d'un deuxième type de particules redox (2) sédimentées baignant dans l'électrolyte (103,303,403,503), ledit compartiment cathodique (C) étant défini entre ledit séparateur (102,302,402,502) et un deuxième collecteur de courant électrique (109,309,409,509) en contact avec ladite électrode positive (108,308,408,508), et ledit compartiment cathodique comprenant une entrée (1 10,310,410,510) à son sommet et une sortie (1 1 1 ,31 1 ,41 1 ,51 1 ) à sa base pour respectivement recevoir et évacuer un flux entrant (12) et un flux sortant (13) du deuxième type de particules redox (2) ;  said cathode compartment (C) comprising a positive electrode (108, 308, 408, 508) in the form of a bed of a second type of sedated redox particles (2) immersed in the electrolyte (103, 303, 403, 503), said cathode compartment (C) being defined between said separator (102,302,402,502) and a second electrical current collector (109,309,409,509) in contact with said positive electrode (108,308,408,508), and said cathode compartment including an input (1,10,310,410,510) at its apex and an output (1,1 1, 31 1, 41 1, 51 1) at its base for respectively receiving and discharging an inflow (12) and an outflow (13) of the second type of redox particles (2);
o lesdits lits du premier et deuxième type de particules étant mobiles selon un écoulement gravitaire depuis l'entrée (106,1 10,306,310,406,410,506,510) vers la sortie (107,1 1 1 ,307,31 1 ,407,41 1 ,507,51 1 ) de chacun des compartiments anodique (A) et cathodique (C), et lesdites particules de premier type (1 ) et de deuxième type (2) étant électriquement conductrices ;  o said beds of the first and second type of particles being movable in a gravity flow from the inlet (106,1 10,306,310,406,410,506,510) to the outlet (107,1 1 1, 307,31 1, 407,41 1, 507,51 1 ) of each of the anode (A) and cathode (C) compartments, and said first type (1) and second type (2) particles being electrically conductive;
- des moyens de régulation (318,321 ,418,421 ,518,521 ) des flux entrant (10,12) et des flux sortant (1 1 ,13) des particules redox de premier type (1 ) et de deuxième type (2) ; - un premier réservoir de stockage (1 12,312,412,512) pour le premier type de particules redox (1 ), ledit premier réservoir étant en communication avec le compartiment anodique (A) means for regulating (318,321, 418,421, 518,521) incoming flows (10,12) and outgoing flows (1 1, 13) of the first type (1) and second type (2) redox particles; a first storage tank (1 12,312,412,512) for the first type of redox particles (1), said first tank being in communication with the anode compartment (A)
- un deuxième réservoir de stockage (1 13,313,413,513) pour le deuxième type de particules redox (2), ledit deuxième réservoir étant en communication avec le compartiment cathodiquea second storage tank (1 13,313,413,513) for the second type of redox particles (2), said second tank being in communication with the cathode compartment
(C) ; (VS) ;
lesdites particules redox de premier type (1 ) et/ou lesdites particules redox de deuxième type (2) comprenant un polymère redox. said first type redox particles (1) and / or said second type redox particles (2) comprising a redox polymer.
2. Système selon la revendication 1 , dans lequel ledit polymère redox est non soluble dans l'électrolyte ou mis en forme de manière à ne pas être soluble dans l'électrolyte. The system of claim 1, wherein said redox polymer is insoluble in the electrolyte or shaped so as not to be soluble in the electrolyte.
3. Système selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les particules redox de premier type (1 ) et/ou de deuxième type (2) sont des grains solides et poreux, de préférence sensiblement sphériques, formés par moussage dudit polymère redox, et comportant un percolant électronique, tel que du noir de carbone. 3. System according to claim 1 or 2, wherein the redox particles of the first type (1) and / or of the second type (2) are solid and porous, preferably substantially spherical, formed by foaming said redox polymer, and having an electronic percolator, such as carbon black.
4. Système selon la revendication 3, dans lequel les grains sont recouverts d'une couche solide en matériau électriquement conducteur, poreux et perméable à l'électrolyte et ses ions. 4. System according to claim 3, wherein the grains are covered with a solid layer of electrically conductive material, porous and permeable to the electrolyte and its ions.
5. Système selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les particules redox de premier type (1 ) et/ou de deuxième type (2) sont des grains solides et poreux, de préférence sensiblement sphériques, formés par un support poreux conducteur comprenant un polymère redox. 5. System according to claim 1 or 2, wherein the first type (1) and / or second type (2) redox particles are solid and porous, preferably substantially spherical, grains formed by a porous conductive support comprising a redox polymer.
6. Système selon la revendication 5, dans lequel les particules redox de premier type (1 ) et/ou de deuxième type (2) sont obtenues par greffage d'un polymère redox sur ledit support poreux, ou par réticulation dudit polymère redox dans le support poreux, ou par précipitation dudit polymère redox dans ledit support poreux, ou encore par enduit ou imprégnation du support poreux par une encre comportant ledit polymère redox et un percolant électronique. 6. System according to claim 5, wherein the first type (1) and / or second type (2) redox particles are obtained by grafting a redox polymer on said porous support, or by crosslinking said redox polymer in the porous support, or by precipitation of said redox polymer in said porous support, or by coating or impregnation of the porous support with an ink comprising said redox polymer and an electronic percolator.
7. Système selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, dans lequel le support poreux est une sphère constituée d'un matériau conducteur électronique et renfermant ledit polymère redox, de préférence une sphère de mousse métallique ou de mousse de carbone, ladite mousse de carbone étant de préférence graphitique. 7. System according to any one of claims 5 and 6, wherein the porous support is a sphere made of an electronically conductive material and containing said redox polymer, preferably a sphere of metal foam or carbon foam, said foam carbon being preferably graphitic.
8. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit polymère redox a un squelette vinylique choisi dans le groupe constitué par les polyacrylates, les polyméthacrylates, le polyacrylamide et le polystyrène, et comprend des groupements redox choisis dans le groupe constitué par les radicaux nitroxydes, quinones, quinoxalines, bipyridines, e.g. viologènes, verdazyl et ferrocènes. The system of any of the preceding claims, wherein said redox polymer has a vinyl backbone selected from the group consisting of polyacrylates, polymethacrylates, polyacrylamide and polystyrene, and includes redox moieties selected from the group consisting of nitroxide radicals, quinones, quinoxalines, bipyridines, eg viologenes, verdazyls and ferrocenes.
9. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel ledit polymère est conducteur électronique, de préférence choisi dans le groupe constitué par la polyaniline, le polypyrrole, le polythiophène. 9. System according to any one of claims 1 to 7, wherein said polymer is electronically conductive, preferably selected from the group consisting of polyaniline, polypyrrole, polythiophene.
10. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les particules redox de premier type (1 ) ont une taille au moins 10 fois plus petite qu'une première largeur définie entre le séparateur (102,302,402,502) et le premier collecteur de courant (105,305,405,505), et les particules redox de deuxième type (2) ont une taille au moins 10 fois plus petite qu'une deuxième largeur définie entre le séparateur (102,302,402,502) et le deuxième collecteur de courant (109,309,409,509), les particules redox de premier type (1 ) et les particules redox de deuxième type (2) ayant de préférence un diamètre moyen compris entre 100 μηι et 5 mm, et plus préférentiellement compris entre 500 μηι et 2 mm. 10. System according to any one of the preceding claims, wherein the redox particles of the first type (1) have a size at least 10 times smaller than a first width defined between the separator (102,302,402,502) and the first current collector. (105,305,405,505), and the redox particles of the second type (2) have a size at least 10 times smaller than a second width defined between the separator (102,302,402,502) and the second current collector (109,309,409,509), the redox particles of the first type (1) and the second type of redox particles (2) preferably having a mean diameter of between 100 μηι and 5 mm, and more preferably between 500 μηι and 2 mm.
1 1 . Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier type de particules redox (1 ) et le deuxième type de particules redox (2) comprennent chacun un polymère redox. 1 1. A system as claimed in any one of the preceding claims wherein the first type of redox particles (1) and the second type of redox particles (2) each comprise a redox polymer.
12. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre des moyens de circulation de l'électrolyte pour faire circuler l'électrolyte (403,503) hors de ladite enceinte (401 ,501 ). 12. System according to any one of the preceding claims, further comprising means for circulating the electrolyte for circulating the electrolyte (403,503) out of said enclosure (401, 501).
13. Système selon la revendication 12, comprenant en outre : The system of claim 12, further comprising:
- une cuve (414) contenant l'électrolyte (403) et comportant une première zone (415) communiquant avec la sortie (407) du compartiment anodique (A) pour recueillir le flux sortant du premier type de particules redox (1 ) et une deuxième zone (416) communiquant avec la sortie (41 1 ) du compartiment cathodique (C) pour recueillir le flux sortant du deuxième type de particules redox (2), lesdites première et deuxième zones (415,416) étant séparées par une paroi (419) ;  a tank (414) containing the electrolyte (403) and comprising a first zone (415) communicating with the outlet (407) of the anode compartment (A) to collect the outgoing flow of the first type of redox particles (1) and a second zone (416) communicating with the outlet (41 1) of the cathode compartment (C) to collect the outgoing flow of the second type of redox particles (2), said first and second zones (415, 416) being separated by a wall (419) ;
- une première conduite (422) munie d'une première pompe (425) pour assurer le transport d'un premier mélange comprenant l'électrolyte (403) et les particules redox de premier type (1 ) depuis la première zone (415) de la cuve (414) jusqu'au premier réservoir (412) ; et a first pipe (422) provided with a first pump (425) for transporting a first mixture comprising the electrolyte (403) and the first type redox particles (1) from the first zone (415) of the tank (414) to the first tank (412); and
- une deuxième conduite (423) munie d'une deuxième pompe (424) pour assurer le transport d'un deuxième mélange comprenant l'électrolyte (403) et les particules redox de deuxième type (2) depuis la deuxième zone (416) de la cuve (414) jusqu'au deuxième réservoir (413) ;a second pipe (423) provided with a second pump (424) for transporting a second mixture comprising the electrolyte (403) and the second type redox particles (2) from the second zone (416) of the tank (414) to the second tank (413);
- des moyens de séparation (427), tel qu'un tamis, dans chacun des réservoirs (412,413) pour séparer les particules de l'électrolyte (403) contenus dans chacun des premier et deuxième mélanges, separation means (427), such as a sieve, in each of the reservoirs (412, 413) for separating the particles of the electrolyte (403) contained in each of the first and second mixtures,
- des moyens d'alimentation (420) reliant respectivement le premier réservoir (412) au compartiment anodique (A) et le deuxième réservoir (413) au compartiment cathodique (C) pour alimenter ledit compartiment anodique (A) en particules redox de premier type (1 ) et ledit compartiment cathodique (C) en particules redox de deuxième type (2), lesdits moyens d'alimentation (420) comprenant les moyens de régulation (421 ) du flux entrant de particules redox ;  supply means (420) respectively connecting the first reservoir (412) to the anode compartment (A) and the second reservoir (413) to the cathode compartment (C) for supplying said anode compartment (A) with redox particles of the first type (1) and said cathode compartment (C) in second type redox particles (2), said supply means (420) comprising the regulating means (421) of the incoming stream of redox particles;
- des moyens d'introduction (425,426) de l'électrolyte (403) issu des réservoirs (412,413) dans ladite cuve (414) ; et dans lequel les moyens de circulation de l'électrolyte comprennent les première et deuxième conduites (422,423) et les moyens d'introduction de l'électrolyte (420).  means for introducing (425, 426) the electrolyte (403) from the reservoirs (412, 413) into said tank (414); and wherein the electrolyte circulation means comprises the first and second lines (422,423) and the electrolyte introduction means (420).
14. Système selon la revendication 12, comprenant en outre : The system of claim 12, further comprising:
- un dispositif de récupération de l'électrolyte (503) et des particules redox, ledit dispositif de récupération étant positionné en aval des sorties (507,51 1 ) des compartiments anodique (A) et cathodique (C), ledit dispositif de récupération comportant un récipient (514) muni d'un fond (524) surmonté d'un tamis (525) pour retenir les particules redox de premier type (1 ) et de deuxième type (2) dans deux zones séparées (515,516) du récipient (514) recevant chacune un type de particules redox, et pour laisser passer l'électrolyte (503) dans le fond (524) du récipient (514) ; et - un système de conduites (526) muni d'une pompe (527) pour transporter l'électrolyte (503) depuis le fond (524) du récipient (514) jusqu'en tête des compartiments (A,C) de l'enceinte (501 ) ; a device for recovering the electrolyte (503) and redox particles, said recovery device being positioned downstream of the outlets (507, 51 1) of the anode (A) and cathode compartments (C), said recovery device comprising a container (514) having a bottom (524) surmounted by a screen (525) for retaining the redox particles of the first type (1) and of the second type (2) in two separate areas (515, 516) of the container (514) ) each receiving a type of redox particles, and to pass the electrolyte (503) into the bottom (524) of the container (514); and - a pipe system (526) provided with a pump (527) for transporting the electrolyte (503) from the bottom (524) of the container (514) to the head of the compartments (A, C) of the enclosure (501);
les moyens de circulation de l'électrolyte (503) comprenant ledit système de conduites (526). the electrolyte circulation means (503) comprising said conduit system (526).
15. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 1 1 , comprenant en outre :The system of any of claims 1 to 1, further comprising:
- une cuve (314,414) contenant l'électrolyte (303,403) et comportant une première zone (315,415) communiquant avec la sortie (307,407) du compartiment anodique (A) pour recueillir le flux sortant du premier type de particules redox (1 ) et une deuxième zone (316,416) communiquant avec la sortie (31 1 ,41 1 ) du compartiment cathodique (C) pour recueillir le flux sortant du deuxième type de particules redox (2), lesdites première et deuxième zones (315,415,316,416) étant séparées par une paroi (319,419) ; a vessel (314, 414) containing the electrolyte (303, 403) and comprising a first zone (315, 415) communicating with the outlet (307, 407) of the anode compartment (A) to collect the outgoing flow of the first type of redox particles (1) and a second zone (316,416) communicating with the outlet (31 1, 41 1) of the cathode compartment (C) to collect the outgoing flow of the second type of redox particles (2), said first and second zones (315,415,316,416) being separated by a wall (319.419);
- des premier moyens de transport (322,422,425) du premier type de particules redox (1 ) depuis ladite cuve (314,414) jusqu'au premier réservoir (312,412);  first means of transport (322, 422, 425) of the first type of redox particles (1) from said vessel (314, 414) to the first reservoir (312, 412);
- des deuxième moyens de transport (323,423,424) du deuxième type de particules redox (2) depuis ladite cuve (314,414) jusqu'au deuxième réservoir (313,413) ; second means of transport (323, 423, 424) of the second type of redox particles (2) from said vessel (314, 414) to the second reservoir (313, 413);
- des moyens d'alimentation (320,420) reliant respectivement le premier réservoir (312,412) au compartiment anodique (A) et le deuxième réservoir (313,413) au compartiment cathodique (C) pour alimenter ledit compartiment anodique (A) en particules de premier type (1 ) et ledit compartiment cathodique (C) en particules de deuxième type (2), lesdits moyens d'alimentation (320,420) comprenant les moyens de régulation (32,421 1 ) du flux entrant de particules.  - supply means (320,420) respectively connecting the first reservoir (312,412) to the anode compartment (A) and the second reservoir (313,413) to the cathode compartment (C) for supplying said anode compartment (A) with particles of the first type ( 1) and said cathode compartment (C) in particles of the second type (2), said supply means (320,420) comprising the regulating means (32,421 1) of the incoming particle flow.
16. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits premier et/ou deuxième moyens de transport sont mécaniques (322,323), et comprennent de préférence un système de vis sans fin. 16. System according to any one of the preceding claims, wherein said first and / or second transport means are mechanical (322,323), and preferably comprise a screw system.
17. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier réservoir de stockage (1 12,312,412,512) et/ou le deuxième réservoir de stockage (1 13,313,413,513) comprend des moyens de brassage des particules. 17. System according to any one of the preceding claims, wherein the first storage tank (1 12,312,412,512) and / or the second storage tank (1 13,313,413,513) comprises means for stirring the particles.
18. Procédé de stockage et de restitution d'énergie électrochimique mettant en œuvre un système (1000,3000,4000,5000) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel : 18. A method for storing and restoring electrochemical energy using a system (1000,3000,4000,5000) according to any one of the preceding claims, wherein:
- on fait circuler le premier type de particules redox électriquement conductrices (1 ) entre le premier réservoir de stockage (1 12,312,412,512) et le compartiment anodique (A) de la cellule électrochimique (100,300,400,500), et on fait circuler le deuxième type de particules redox électriquement conductrices (2) entre le deuxième réservoir de stockage (1 13,313,413,513) et le compartiment cathodique (C) de ladite cellule (100,300,400,500), ledit premier type de particules (1 ) et/ou ledit deuxième type de particules (2) comprenant un polymère redox ;  the first type of electrically conductive redox particles (1) is circulated between the first storage tank (1 12,312,412,512) and the anode compartment (A) of the electrochemical cell (100,300,400,500), and the second type of redox particles is circulated; electrically conductive (2) between the second storage tank (1 13,313,413,513) and the cathode compartment (C) of said cell (100,300,400,500), said first type of particles (1) and / or said second type of particles (2) comprising a redox polymer;
- on réalise des réactions redox dans les compartiments anodique (A) et cathodique (C) de ladite cellule (100,300,400,500) et on collecte le courant généré par les réactions redox au moyen des collecteurs de courant (105,109,305,309,405,409,505,509) afin de stocker ou de restituer de l'énergie électrochimique ;  redox reactions are carried out in the anode (A) and cathode (C) compartments of said cell (100,300,400,500) and the current generated by the redox reactions is collected by means of the current collectors (105,109,305,309,405,409,505,509) in order to store or restore electrochemical energy;
- on détermine le flux entrant (10,12) et le flux sortant (1 1 ,13) pour chacun des premier et deuxième types de particules (1 ,2) de manière à créer un écoulement gravitaire desdites particules dans chacun desdits compartiments anodique (A) et cathodique (C) pour former le lit mobile de particules sédimentées (104,108,304,308,404,408,504,508) tel que les réactions redox et la conduction électrique sont assurées par percolation des électrons et de l'électrolyte (103,303,403,503) dans les particules sédimentées du lit mobile (104,108,304,308,404,408,504,508). the incoming flow (10,12) and the outflow (1 1, 13) are determined for each of the first and second types of particles (1, 2) so as to create a gravitational flow of said particles in each of said anode compartments ( A) and cathode (C) to form the moving bed of sedimented particles (104,108,304,308,404,408,504,508) such that redox reactions and electrical conduction are provided by percolation of electrons and electrolyte (103,303,403,503) in the sedimented particles of the moving bed (104,108,304,308,404,408,504,508 ).
19. Utilisation d'un système de stockage et de restitution d'énergie électrochimique selon l'une des revendications précédentes 1 à 17, comprenant de préférence une pluralité de cellules électrochimiques, pour le stockage stationnaire de l'énergie électrique, de préférence le stockage stationnaire de l'énergie électrique provenant de sources d'énergies renouvelables, de préférence provenant de systèmes photovoltaïques ou éoliens. 19. Use of an electrochemical energy storage and delivery system according to one of the preceding claims 1 to 17, preferably comprising a plurality of electrochemical cells, for the stationary storage of electrical energy, preferably storage. stationary electrical energy from renewable energy sources, preferably from photovoltaic or wind systems.
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