WO2018154041A1 - Dispositif de stockage d'hydrogène - Google Patents

Dispositif de stockage d'hydrogène Download PDF

Info

Publication number
WO2018154041A1
WO2018154041A1 PCT/EP2018/054479 EP2018054479W WO2018154041A1 WO 2018154041 A1 WO2018154041 A1 WO 2018154041A1 EP 2018054479 W EP2018054479 W EP 2018054479W WO 2018154041 A1 WO2018154041 A1 WO 2018154041A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
hydrogen
pressure
storage
chamber
fluid communication
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/054479
Other languages
English (en)
Inventor
Michael Francis Levy
Jorn OUBRAHAM
Carsten Pohlmann
Jean-Baptiste Dementhon
Original Assignee
Aaqius & Aaqius Sa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aaqius & Aaqius Sa filed Critical Aaqius & Aaqius Sa
Priority to CN201880026992.1A priority Critical patent/CN110582666A/zh
Publication of WO2018154041A1 publication Critical patent/WO2018154041A1/fr

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C11/00—Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels
    • F17C11/005—Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels for hydrogen
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Definitions

  • the invention relates to a hydrogen storage device.
  • the invention also relates to an associated system and method.
  • An object of the invention is to provide a storage device which solves at least one of the disadvantages of the prior art.
  • An object of the invention is in particular to provide an efficient and secure system.
  • a hydrogen storage device comprising:
  • the device comprising a chamber, called the first chamber, in which the first material is disposed, and the second material being in fluid communication with the first material, said fluid communication being direct or via fluidic communication means so that the second material reversibly stores hydrogen desorbed by the first material.
  • the device is configured so that the hydrogen thus stored in the second material can be released when the device supplies hydrogen
  • the first material and the second material are permanently maintained in fluid communication
  • a second chamber in which the second material is arranged the first material and the second material being adapted to provide a flow of hydrogen sufficient for the operation of a unit for using hydrogen, in particular for an inlet pressure of the unit greater than or equal to 1, 5 bars, in particular at 2.5 bars, in particular at 5 bars, in particular at 10 bars,
  • the second material is suitable for forming a metal hydride, preferably of the LaNis, FeTi, TiCr, TiV or TiZr type;
  • the first material is suitable for forming a hydride, preferably a metal hydride, for example alane, for example at least one alane phase, for example alane alpha, for example alane alpha prime and / or borazane and / or 1,2-di-amineborane, and / or lithium hydride and / or lithium aluminum hydride,
  • a pressure relief valve adapted to allow the escape of gas, preferably above a certain pressure, preferably between 5 and 90 bar,
  • the invention also relates to a hydrogen storage and supply system comprising such a device and a unit for using hydrogen.
  • control means adapted to control the device, - Heating means of the first material and / or the second material.
  • the invention further relates to a method of operating such a device or such a system.
  • FIG. 1 represents a device according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 2 diagrammatically represents the desorption behavior of the device according to an exemplary embodiment
  • FIG. 3 diagrammatically shows the pressure as a function of time according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 4 represents a system according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 5 represents a method according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 6 represents an example of differences in behavior between a reversible storage material and a metastable storage material.
  • the device 100 is for example adapted to supply hydrogen to a unit for using hydrogen as described below.
  • the device 100 is for example configured to be part of a system as described below.
  • the device 100 is for example configured to form an exchangeable device and / or removable system as described below.
  • the device forms for example a cartridge.
  • the device 100 comprises a first material 1 1 1 for storing hydrogen.
  • the first material 1 1 1 is for example a hydrogen storage material, for example by sorption.
  • Sorption is the process by which a substance is adsorbed or absorbed on or in another substance.
  • absorption is meant the ability of a material to retain molecules in its volume.
  • adsorption is meant the ability of a material to retain molecules on its surface.
  • the first material 11 may be a solid material or in the form of a gel.
  • the first material 11 may be a storage material by adsorption and / or absorption.
  • the first material 11 may be a storage material by hydriding and / or dehydriding.
  • the first material 11 comprises or is a hydrogen storage material, for example to form a hydride, preferably a metal hydride, for example alane, for example at least one alane phase, for example alpha alane, for example alpha alane premium, and / or borazane ( ⁇ ) and / or 1,2-di-amineborane (also called EDAB, BH3NH2CH2CH2NH2BH3), and / or lithium hydride (LiH) and / or hydride. aluminum and lithium (LiAIH 4 ).
  • the first material is a metastable hydrogen storage material.
  • metastable is meant a material which, in usual pressure domains (i.e., less than 200 bar), will still be in the hydrogen desorption regime.
  • FIG. 6 thus illustrates the difference between a metastable material, for example alane, and a reversible (non-metastable) material, for example of the TiMn 2 type.
  • absorption equilibrium or adsorption or desorption curves that is to say curves representing the equilibrium pressure absorption, adsorption or desorption, in this case the natural logarithm of this pressure, as a function of the hydrogen concentration in the material, for example expressed as a mass percentage, for example at a given temperature, for example at 80 ° C.
  • the material is in the charging zone and therefore captures hydrogen. Below the curve, the material is in the discharge zone and thus releases hydrogen.
  • this figure is diagrammatic and that in fact the absorption or adsorption curves and the desorption curves are not necessarily confounded but keep a similar profile and orders of magnitude.
  • the equilibrium curve of the reversible storage material typically depends on the temperature: the higher the temperature, the higher the equilibrium pressure and the larger the discharge zone.
  • the curve has a first section of increasing low pressures, a second section of medium pressures substantially stable or slightly increasing, and a third section of high pressures to new growing.
  • the second section is typically well below 200 bar.
  • the equilibrium curve of the metastable storage material has a first increasing low pressure section, a second substantially stable or a lower increasing average pressure section, and a third increasing high pressure section.
  • the second section is typically much greater than that of a reversible storage material, for example much greater than 200 bar, for example of the order of several thousand bars.
  • the metastable storage material is typically still desorbing hydrogen and not capturing it.
  • the first material 1 1 1 has for example a porosity less than or equal to 70%, preferably less than or equal to 50%, preferably less than or equal to 30%, by volume.
  • a reduced porosity allows a better storage capacity since a larger part of the volume of the first material 1 1 1 then effectively allows the storage of hydrogen in solid form.
  • the device comprises a first chamber 1 10.
  • the first material January 1 is for example disposed within the first chamber 1 10.
  • the first chamber 1 10 may comprise one or more walls and / or partitions.
  • the first chamber 1 10 may form one or more compartment (s).
  • Second material
  • the device 100 comprises a second material 121 for storing hydrogen.
  • the second material is, for example, a reversible storage material for hydrogen, for example by sorption.
  • the second material may be a solid material or in the form of a gel.
  • the second material may be a storage material by adsorption and / or absorption.
  • the second material may be a storage material by hydriding and / or dehydriding.
  • a material initially loaded and which has been at least partially discharged may be at least partially recharged in the medium in which the material is placed, for example a medium consisting of gaseous dihydrogen.
  • the partial reloading is a reloading at a pressure of less than or equal to 200 bars, in a temperature range suitable for reloading the material at the pressure in question, for example at an optimum temperature for reloading the material, for example so as to achieve a given load rate, for example 50%, for example so as to increase the load ratio by a given percentage for example by at least 10%.
  • the second material 121 comprises or is a hydrogen storage material, for example adapted to form a hydride, for example in a reversible manner, for example for temperatures ranging from -10 ° C. to 100 ° C. It is thus possible to obtain a device operating over a wide range of storage conditions.
  • the second material 121 comprises or is a hydrogen storage material, for example adapted to form a hydride, for example a metal hydride, for example at room temperature, for example for temperatures ranging from -50 ° C. to 100 ° C. .
  • the second material 121 is for example adapted to store hydrogen supplied to it at a pressure, for example a pressure lower than the maximum pressure of the device 100, for example at an ambient temperature, for example at 20 ° C., example a pressure of about 4 bar.
  • maximum pressure of the device is meant a pressure at which the device is not damaged when placed in operation.
  • the maximum pressure of the device is, for example, less than or equal to 300 bars, for example equal to 300 bars, for example less than or equal to 100 bars, for example equal to 100 bars, for example greater than or equal to 20 bars, for example equal to at 20 bars.
  • the second material 121 comprises or is for example a metal alloy adapted to form a hydride, for example at ambient temperature, for example for temperatures ranging from -10 ° C. to 100 ° C.
  • the second material 121 comprises for example a powder.
  • the second material 121 may comprise or consist of a metal alloy, for example an intermetallic compound, of type A n B m , where A and B are metallic chemical elements, and n and m of natural numbers greater than or equal to 1 , for example of type AB m , for example AB2 or AB5, for example of type A n B, for example A2B, for example AB.
  • a metal alloy for example an intermetallic compound, of type A n B m , where A and B are metallic chemical elements, and n and m of natural numbers greater than or equal to 1 , for example of type AB m , for example AB2 or AB5, for example of type A n B, for example A2B, for example AB.
  • the second material 121 may comprise or consist of a metal alloy, for example an intermetallic compound, for example comprising iron and / or vanadium and / or titanium and / or zirconium and / or magnesium.
  • the second material 121 may comprise or consist of at least one alloy of LaNis and / or FeTi and / or TiCr and / or TiV and / or TiZr and / or TiMn2 type, and / or the corresponding hydride (s). (s).
  • the second material 121 may also comprise or consist of at least one hydride of NaAIH 4 and / or L 1 NH 2 and / or LiBH 4 type , or the corresponding dehydrogenated form (s).
  • the second material 121 may comprise or be made of a Ti type alloy (i -y) Zry (MnVFe) 2 with y greater than or equal to 0 and y less than or equal to 1.
  • the second material 121 may comprise or consist of such an alloy, the second material 121 having a zirconium mass fraction of between 1% and 15%, for example between 3% and 10%, for example substantially equal to 6 %.
  • the use of such mass fractions is particularly suitable for applications related to fuel cells for a vehicle.
  • the second material 121 has for example a porosity less than or equal to 70%, preferably less than or equal to 60%, preferably less than or equal to 50%, by volume.
  • the second material 121 is for example in fluid communication with the first material January 11, said fluid communication being direct or is through fluidic communication means, so that the second material 121 can store in a reversible manner of the hydrogen desorbed by the first material 1 1 1.
  • the first material 11 and the second material 121 can thus be arranged so that the second material can absorb / adsorb reversibly hydrogen released by the first material.
  • the first material is metastable, even at room temperature, it continuously releases small amounts of hydrogen, which ultimately cause an increase in pressure within the device and otherwise limit the storage time or the conditions of storage of the device. It is thus possible to obtain a device having a satisfactory storage capacity by using a metastable storage material, without presenting a security risk, especially when stored for a long period and / or with a temperature increase, thanks to to the second material.
  • the device for example the first material 1 1 1 and the second material 121, can be arranged, so that the second material can capture and / or reversibly store the hydrogen released by the first material as and when as the hydrogen is released, for example during a storage period of the device, for example when the device is not in operation, for example when the device is not used to supply hydrogen , for example when means of entry and / or exit of hydrogen 160 as described below are in the closed position.
  • the device for example the first material 1 1 1 and the second material 121, can be arranged, so that the second material reversibly stores hydrogen released by the first material so as to limit a pressure increase. in the first chamber 1 10 resulting from the release of hydrogen over time, for example during an increase in temperature.
  • Such a device also makes it possible to dispense with the safety valve, or at least to limit its use to extreme cases. This makes it possible to avoid or limit the disadvantages associated with such a valve, such as losses of hydrogen as soon as the temperature increases, the safety risks implied by such releases of hydrogen, and the risks associated with the lack of operation of such valves, and the maintenance operations on such valves that would be necessary, as well as the risk of malfunction of such valves related to the discharge of solids upon the rejection of hydrogen. Such a device allows also to overcome binding conditions of storage and transport, especially in terms of temperature and duration.
  • Such a device is also more advantageous than a specially reinforced container to provide greater stability. Indeed, it is thus possible to avoid a drastic reduction in the gravimetric storage capacity, a reduction in the volumetric storage capacity, and a reduction in efficiency and heat transfer resulting from the heating of a larger quantity of material without storage function. In addition, it is thus possible to avoid the significant increase in mass associated with specially reinforced containers and the disadvantages it presents for the user, as well as the need to size also the input and / or the output of the device. to withstand the envisaged conditions, especially at high pressures.
  • Such a device is also more advantageous than making a device with an additional volume not occupied by a storage material. Indeed, it is thus possible to avoid a drastic reduction of the volumetric storage capacity and a reduction of the gravimetric storage capacity. It is thus possible to propose a more advantageous solution, the additional volume offering only a limited advantage in terms of pressure reduction due to the low density of hydrogen. gaseous. In addition, it is thus possible to avoid the increase in mass and volume associated with a container having a larger internal volume and the disadvantages it presents for the user.
  • Such a device thus allows a better tolerance to high temperatures and / or important storage times and / or better security during storage while remaining efficient in terms of hydrogen supply and loading.
  • Such a device involves reduced losses of hydrogen, the hydrogen stored by the second material 121 can be released later during use of the device. Indeed, the temperatures of use of a metastable storage material are such vis-à-vis the equilibrium pressures of the second material 121 that all the hydrogen stored in the second material 121 can then be released.
  • direct fluid communication between two hydrogen storage materials is meant for example that the two materials can be in contact or brought into contact, or that they can be arranged at a distance from each other in the same space without obstacle preventing the flow of gas, for example hydrogen, between the two materials.
  • fluid communication between two materials any structure for implementing fluid communication between the two materials, fluid communication may or may not be permanent.
  • the second material 121 is for example adapted, for example adjusted with respect to the first material January 1, to increase the storage time of the device 100 for example at a pressure less than or equal to 90 bar, for example less than or equal to 60 bar for example less than or equal to 30 bars, for example about 15 bars, for example during storage of the device.
  • the device 100 is for example configured so that the hydrogen released by the first material 11 1 causes an increase in pressure within the device until the equilibrium sorption pressure, for example absorption, for example of adsorption, of the second material 121.
  • the second material 121 then stores, for example absorbs or adsorbs, hydrogen emitted by the first material 1 1 1, the pressure increasing according to the pressure equilibrium curve of the second material 121.
  • the equilibrium sorption pressure of the second material increases at a higher and higher speed, for example until the maximum pressure of the device 100 is reached. , and / or a first and / or second threshold pressure as described below. It is thus possible to reduce the pressure increase within the first chamber as a function of the equilibrium sorption pressure of the second material 121.
  • desorption equilibrium pressure of a material at a given temperature and at a given charge rate is meant the minimum gas pressure exerted on the material for which there is no hydrogen release. At an infinitesimally lower pressure, hydrogen is released.
  • equilibrium pressure of absorption or adsorption of a material at a given temperature and at a given charge rate is meant the maximum gas pressure exerted on the material for which there is no pressure. absorption or adsorption of hydrogen. At an infinitesimally higher pressure, hydrogen is absorbed or adsorbed.
  • the charge rate is for example expressed as a percentage.
  • the charge rate can be defined as the ratio of the mass of hydrogen introduced into the system to the maximum mass of hydrogen that the system can hold, at the given temperature. By convention, it can be defined that the maximum mass, and therefore the charge rate, is calculated at a reference pressure, for example 200 bar.
  • the second material 121 makes it possible to store the liberated hydrogen in a compacted volume, in a compact manner, so that the time before reaching high pressures, for example the maximum pressure of the device and / or a first pressure of threshold or a second threshold pressure as defined below, is significantly pushed back even with a small amount of second material 121.
  • the device is for example designed to achieve a compromise between the additional mass due to the second material and the extension of storage time of the device thus permitted. In particular, at a higher temperature the hydrogen release rate is also higher.
  • a device dimensioned according to a predetermined ratio between the first and second materials can reach the maximum pressure of the device and / or a first threshold pressure or a second threshold pressure as defined below, for a time ti at a temperature Ti and a time t.2 at a temperature T2 with ti ⁇ t.2 and Ti> T2.
  • the second material 121 has, for example, a volume that is strictly smaller than that of the first material 11, for example less than or equal to 50%, for example less than or equal to 25%, for example greater than or equal to 10% of the volume of the first material. material 1 1 1.
  • the second material 121 is for example configured so as to be able to absorb the hydrogen released from the first material January 1 1 so as to extend the time until exceeding the maximum pressure of the device and / or a first pressure threshold or a second pressure threshold as defined below, in the first chamber 1 10, for example at room temperature, for example at the maximum temperature, and / or a first and / or second threshold pressure as described below.
  • the mass fraction of the second material 121 is for example less than 50%, for example 25%, for example 10% of the first material 11 1.
  • the second material 121 has for example a hydrogen storage capacity strictly lower than that of the first material 1 1 1, for example less than or equal to 8%, for example less than or equal to 2%, for example greater than or equal to 1% the hydrogen storage capacity of the first material, for example at a given pressure, for example at 4 bar, for example at a given temperature, for example at 20 ° C.
  • a hydrogen storage capacity strictly lower than that of the first material 1 1 1, for example less than or equal to 8%, for example less than or equal to 2%, for example greater than or equal to 1% the hydrogen storage capacity of the first material, for example at a given pressure, for example at 4 bar, for example at a given temperature, for example at 20 ° C.
  • the device 100 may comprise heating means 1 13 of the first material 1 1 1 and / or the second material 121.
  • the device may be adapted to allow the heating of the first material 1 1 1 and / or the second material 121 by heating means 1 13 of the system.
  • the heating means 1 13 are for example adapted to heat the first material 1 1 1 and / or the second material 121 at an operating temperature of the first material 1 1 1 and / or the second material 121.
  • the device may include one or more materials that improve heat transfer and / or performance retention during cycles and / or permeability and / or other functions relevant to the intended application.
  • the first material 1 1 1 is for example closer to the heating means 1 13 than the second material 121.
  • the first material 1 1 1 is for example disposed between the heating means 1 13 and the second material 121. It is thus possible to heat firstly the first material 1 1 1.
  • the heating means comprise for example a heating unit, for example at least one resistor and / or a heat exchanger.
  • the device 100 may include hydrogen output means 160, for example to allow hydrogen to exit the device, for example to discharge hydrogen gas.
  • the hydrogen output means 160 comprise for example an outlet valve.
  • the hydrogen output means 160 are for example permanently maintained in fluid communication with the first chamber 1 10 and / or with the first material 1 1 1.
  • the hydrogen outlet means 160 are for example arranged at the level of the first chamber 1 10 and / or at the level of the first material 1 1 1.
  • the hydrogen output means 160 are for example movable between an open position, in which hydrogen can exit the device by said means, and a closed position, in which hydrogen can not enter and / or exit of the device by said means.
  • the device 100 may comprise a first pressure relief valve adapted to allow the escape of gas, for example hydrogen gas, for example from the device 100, for example from the first chamber 1 10, for example towards the outside of the device , for example to the outside of an external enclosure as described below, for example so as to limit the pressure of the device and / or to avoid overpressure of the device 100, for example beyond a first pressure of threshold, for example less than or equal to the maximum pressure of the device 100.
  • the first threshold pressure for example is less than or equal to 90 bars, for example less than or equal to 60 bars, for example less than or equal to 30 bars, example of about 15 bar.
  • the second material is for example disposed at least partially in the first chamber 1 10.
  • the second material comprises for example a plurality of distinct parts arranged in the first chamber 1 10, the plurality of separate parts comprising at least two parts arranged so as to not to be in contact with each other.
  • Such a device has the advantage of being simple to implement.
  • the device 100 may comprise a second chamber.
  • the second material 121 is for example disposed within the second chamber.
  • the second chamber forms for example a separate element and / or separate from the first chamber.
  • Such a device is for example more modular or allows a more modular embodiment to associate different types of first rooms with different types of second rooms.
  • the second chamber has for example a volume strictly smaller than that of the first chamber 1 10, for example less than or equal to 50%, for example less than or equal to 25%, for example greater than or equal to 10% of the volume of the first room 1 10.
  • the second chamber is for example a buffer chamber.
  • the second chamber is for example disposed within the first chamber 1 10.
  • the second chamber is for example disposed contiguously with respect to the first chamber 1 10.
  • the device 100 comprises for example an outer enclosure 130, which forms for example an outer envelope of the device.
  • the first material 1 1 1 and / or the second material 121, and / or the first chamber 1 10 is or are for example disposed (s) inside the outer enclosure 130.
  • the outer enclosure 130 extends for example around the first material 1 1 1 and / or the second material 121, and / or the first chamber 1 10.
  • the outer enclosure 130 forms for example a container.
  • the device comprises for example a first chamber 1 14.
  • the first chamber 1 10 extends for example inside the first chamber 1 14.
  • the first chamber 1 14 extends for example around the first chamber 1 10.
  • the first enclosure 1 14 delimits and / or defines for example the first chamber 1 10.
  • the device comprises for example a second chamber 124.
  • the first chamber 1 10 extends for example inside the second chamber 124.
  • the second chamber 124 extends for example around the first chamber 1 10.
  • the second chamber 124 delimits and / or defines for example the first chamber 1 10.
  • the second enclosure 124 extends for example within the first enclosure 1 14. At least one wall of the first enclosure 1 14 is for example contiguous with at least one wall of the second enclosure 124. Alternatively, the second enclosure 124 is for example arranged at a distance from the walls of the first enclosure 1 14, for example within the first material 1 10.
  • the external enclosure, the first enclosure and / or the second enclosure is for example metallic.
  • the device may comprise fluid communication means between the first chamber 1 10 and the second chamber.
  • the fluid communication means 122 may allow the passage of a flow of hydrogen from the first chamber 1 10 to the second chamber and / or from the second chamber to the first chamber 1 10.
  • the fluid communication means 122 comprise for example at least one opening and / or channel, for example a plurality of openings and / or pipes, connecting the first chamber 1 10 and the second chamber.
  • the opening is for example an orifice.
  • the at least one opening and / or channel, for example each opening and / or channel is for example provided with at least one filter element 123, comprising for example one or more filters.
  • the filter element is for example adapted to allow the passage of hydrogen gas and / or to prevent the passage of particles of the second material.
  • the filter element 123 is for example adapted to prevent the passage of material in the solid state, for example the second material.
  • the filter element 123 may comprise a porous material, for example one or more porous section pipe (s), and / or a fabric or a nonwoven fibers, and / or a corrugated sheet, for example a corrugated sheet, and / or one or more foam (s) and / or one or more structure (s) wire.
  • a porous material for example one or more porous section pipe (s), and / or a fabric or a nonwoven fibers
  • / or a corrugated sheet for example a corrugated sheet, and / or one or more foam (s) and / or one or more structure (s) wire.
  • the at least one opening is for example arranged facing the first material 1 1 1 and / or the first chamber 1 10, for example at a rigid face of the second chamber 124.
  • the device does not require a valve system or other passive or active flow control mechanisms between the first material and the second material, which allows for simple design and greater ease of manufacture.
  • the fluidic communication means 122 for example the opening and / or channel 122, are for example arranged at the level of the second chamber 124.
  • the second chamber 124 comprises, for example, the fluidic communication means 122.
  • the device 100 may comprise a second pressure relief valve adapted to allow the escape of gas, for example hydrogen gas, for example from the second chamber, for example so as to limit the pressure of the device and / or to avoid overpressure of the device 100, for example beyond a second threshold pressure, for example less than or equal to the maximum pressure of the device 100.
  • gas for example hydrogen gas
  • the second threshold pressure is, for example, less than or equal to 90 bars, for example less than or equal to 60 bars, for example less than or equal to 30 bars, for example around 15 bars.
  • the system comprises the device 100 or a plurality of such devices 100.
  • the system 200 is for example a hydrogen storage and / or supply system, for example at least one hydrogen utilization unit 230.
  • the system 200 is for example a system for storing and / or supplying hydrogen. hydrogen for a device.
  • the system 200 is for example a system for storing and / or supplying hydrogen for a vehicle.
  • the vehicle is for example a motor vehicle.
  • the motor vehicle is for example a vehicle with an electric motor, for example powered by a fuel cell.
  • the motor vehicle is for example a vehicle with a heat engine.
  • the system 200 is for example a system for storing and / or supplying hydrogen for a stationary system.
  • the stationary system is, for example, an electricity supply unit, for example a generator, for example a standby and / or emergency electricity supply unit, for example a lighting unit, for example a lighting unit. lighting of a building.
  • the electricity supply unit is for example portable.
  • the system is for example configured so that the device 100 is exchangeable and / or removable.
  • the system 200 comprises for example the at least one hydrogen utilization unit 230, for example a plurality of hydrogen utilization units.
  • the at least one hydrogen utilization unit 230 is or includes, for example, a hydrogen consumption unit.
  • the at least one hydrogen utilization unit 230 is or comprises, for example, a system for treating gases from an engine, for example at an exhaust line.
  • the at least one hydrogen utilization unit 230 is or includes, for example, a fuel cell, for example a proton exchange membrane fuel cell.
  • the at least one hydrogen utilization unit may comprise the fuel cell and / or an electric motor adapted to be powered by the fuel cell.
  • the at least one unit for using hydrogen is or comprises, for example, a hydrogen engine, for example a heat engine adapted to be supplied with hydrogen, for example an internal combustion engine and / or a mixed engine.
  • the system is for example configured so that the at least one device 100 can supply the hydrogen utilization unit 230 with hydrogen.
  • the system comprises, for example, fluid communication means 240 for supplying hydrogen to the hydrogen utilization unit 230 via the device 100.
  • the fluid communication means 240 are, for example, provided with locking means 241 that are mobile at least between one open position in which the fluid communication is performed by the first fluid communication means 240 and a closed position in which the fluid communication is not performed by the first fluid communication means 240.
  • the hydrogen utilization unit 230 is for example configured to supply at least partially the heating means 1 13, for example by lost heat, for example by heat from the unit of use of hydrogen 230.
  • the unit for using hydrogen 230 has, for example, an inlet pressure greater than or equal to 1.5 bar, for example 2.5 bar, for example 5 bar, for example 10 bar.
  • the system 200 may comprise control means 270.
  • the control means may comprise at least one processor and / or a random access memory and / or a read-only memory and / or display means, for example a terminal.
  • the control means 270 may comprise one or more sensors adapted to measure and provide one or more measurements of the system state, for example in real time.
  • the control means 270 may comprise a first temperature sensor 214 of the device 100, and / or a second temperature sensor 224 of the hydrogen utilization unit.
  • the control means 270 may comprise a first pressure sensor 214 of the device 100, and / or a second pressure sensor 224 of the hydrogen utilization unit.
  • the control means 270 may, for example, control the device 200, for example the heating means 1 13 of the device 100 or of the system 200.
  • the control means 270 may, for example, control the unit for using hydrogen 230.
  • control means 170 may, for example, control the fluidic communication means 240, for example the blocking means 241.
  • the control means are for example configured to implement a method as described below.
  • the method may comprise a step 1301 for manufacturing or supplying the device 100.
  • the method may comprise a step 1302 for storing and / or transporting the device 100. During storage / transport, the device 100 may be subjected to temperature variations.
  • the method may include a step 1303 of installing the device at the system 200.
  • the method may comprise a step 1304 for using the device 100.
  • the step 1304 comprises, for example, the supply of hydrogen by the device 100.
  • the unit for using hydrogen 230 or another heat source is for example configured to supply at least partially the heating means 213, for example by lost heat, for example so as to heat the first material 1 1 1 and / or the second material, by example the first chamber 1 10 and / or the second chamber.
  • the step 1304 of use may comprise an operating step in which the heating means 213 hold the first material at a temperature in the first chamber 1 10 sufficiently high to ensure desorption, for example dehydriding, for example the complete unloading in hydrogen, the first material 1 1 1.
  • the steps 1301 and / or 1302 and / or 1303 and / or 1304 are for example repeated, for example cyclically, for example in this order, for example repeated several times. Each repetition is for example preceded by a step 1305 for removing the device 100 from the system 100 and removing the first material to replace it with a first material loaded with hydrogen.
  • the method may comprise a step 1305 for removing the device 100 and replacing the device 100, the steps 1301 and / or 1302 and / or 1303 and / or 1304 being applied to the device 100 replacing the one that has already been used.
  • the device here allows a satisfactory storage capacity and can provide hydrogen at a satisfactory flow rate and pressure while allowing an extended storage time of the device 100.
  • the first material 1 1 1 and the second material 121 are for example permanently maintained in fluid communication
  • at least one or more process steps for example step 1301 and / or 1302 and / or 1303 and / or or 1304 and / or 1305 is for example defined by a pressure of the system which defines the charge rate for the second material, the charge rate of the first material being for example defined by its heating history.
  • the first material 1 1 1 and the second material 121 may have different charge rates due to their different thermodynamic behaviors.
  • the device with the first material 1 1 1 and the second material 121 can however be treated as a device with a material.
  • the hydrogen distribution is carried out passively between the two materials.
  • the method comprises a step of capture and / or reversible storage by the second hydrogen material released by the first material, for example as the hydrogen is released, for example during a storage period of the device, for example when the device is not in operation, for example when the device is not used to supply hydrogen.
  • the capture step is for example implemented in step 1302.
  • the capture step may comprise an increase in temperature and a corresponding release of hydrogen by the first material.
  • the method may comprise a gas escape step by the first pressure relief valve and / or the second pressure relief valve, for example implemented during step 1302, for example after the sensing step.
  • the first material 1 1 1 and the second material 121 are for example arranged so that the hydrogen released by the first material 1 1 1 causes an increase in pressure within the device until to reach the equilibrium pressure of the second material 121, for example the equilibrium pressure of adsorption or absorption and / or the maximum pressure of the device and / or a first threshold pressure or a second threshold pressure such that defined below.
  • the second material 121 then stores, for example absorbs or adsorbs, hydrogen emitted by the first material 1 1 1, the pressure increasing according to the pressure equilibrium curve of the second material 121. As the amount of hydrogen stored in the second material increases, the equilibrium pressure of the second material increases rapidly. The pressure then continues to increase until reaching the first and / or second threshold pressure at which the first and / or second pressure relief valve releases hydrogen gas.
  • the method may comprise one or more steps corresponding to the operation of the device as described above.
  • the method may comprise one or more steps corresponding to the operation of the device as described above.
  • first material 1 1 1 of alane type at 25 ° C.
  • the graph presents on the ordinate the mass variation in mass percentage with respect to time.
  • the first chamber 1 10 contains 100 g of hydrogen initially stored in the alane.
  • the device has a total mass of less than 2 kg.
  • the threshold pressure at which the pressure relief valve is activated is 15 bar.
  • the device does not include a second material.
  • the threshold pressure is reached in 0.53 years.
  • the device is as described herein and therefore comprises the second material 121, for example 50 g, or 2.5% by weight, which is for example of the hydride type of metal alloy AB2, for example with a hydrogen storage capacity of the order of 1, 5% by weight.
  • the time to reach the threshold pressure is then increased by 108%, more than double.
  • FIG. 3 shows the evolution of the pressure in bar as a function of time in days in the first case represented in dashed lines and in the second case represented in full lines of FIG. 2.
  • the pressure is kept at a low level during a long time in the presence of the second material 121, thus increasing safety.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

Dispositif (100) de stockage d'hydrogène comprenant: -un premier matériau (111) de stockage métastable d'hydrogène par sorption, et -un deuxième matériau (121) de stockage réversible d'hydrogène par sorption, le dispositif comprenant une chambre (110) au sein de laquelle le premier matériau (111) est disposé, et le deuxième matériau étant en communication fluidique avec le premier matériau, ladite communication fluidique étant directe ou se faisant par l'intermédiaire de moyens de communication fluidique,de sorte que le deuxième matériau permet de stocker de manière réversible de l'hydrogène désorbé par le premier matériau.

Description

Dispositif de stockage d'hydrogène
Domaine de l'invention L'invention concerne un dispositif de stockage d'hydrogène.
L'invention concerne également un système et un procédé associés.
Etat de l'art II existe des dispositifs de stockage d'hydrogène. Ces dispositifs peuvent comprendre un matériau permettant de stocker l'hydrogène. Il peut s'agir d'un matériau métastable. Ce type de matériau permet de stocker des quantités importantes d'hydrogène. Cependant ce type de matériau nécessite d'être chauffé lorsqu'il est utilisé pour fournir un débit significatif. Par ailleurs, même lors de son stockage, le matériau métastable libère toujours de petites quantités d'hydrogène dans le temps.
Ces dispositifs doivent obéir à de multiples contraintes, liées à l'utilisation à laquelle ils sont destinés, par exemple des conditions de stockage ou d'utilisation particulières, par exemple une utilisation dans un véhicule à moteur et/ou pour alimenter une pile à combustible.
Une capacité de stockage et un débit suffisants pour assurer l'utilisation envisagée sont donc requis. Cependant le stockage d'une grande quantité d'hydrogène peut poser des problèmes de sécurité, notamment lorsque le dispositif doit pouvoir être utilisé ou être stocké pour un temps prolongé et/ou sous des températures élevées. Il est possible de concevoir un tel dispositif en cherchant à renforcer ses parois pour leur permettre de résister à des pressions auxquelles elles peuvent être soumises, par exemple à haute température. Cependant ceci pose des problèmes de coût de fabrication et de poids élevé du dispositif, alors qu'un risque de sécurité perdure. Résumé de l'invention
Un but de l'invention est de fournir un dispositif de stockage qui résout au moins l'un des inconvénients de l'art antérieur.
Un but de l'invention est en particulier de fournir un système efficace et sécurisé.
A cet effet, il est prévu un dispositif de stockage d'hydrogène comprenant :
- un premier matériau de stockage métastable d'hydrogène par sorption, et
un deuxième matériau de stockage réversible d'hydrogène par sorption,
le dispositif comprenant une chambre, dite première chambre, au sein de laquelle le premier matériau est disposé, et le deuxième matériau étant en communication fluidique avec le premier matériau, ladite communication fluidique étant directe ou se faisant par l'intermédiaire de moyens de communication fluidique, de sorte que le deuxième matériau permet de stocker de manière réversible de l'hydrogène désorbé par le premier matériau.
Ces caractéristiques sont avantageusement complétées par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leurs combinaisons techniquement possibles :
- le dispositif est configuré de sorte que l'hydrogène ainsi stocké dans le deuxième matériau peut être libéré lorsque le dispositif fournit de l'hydrogène
- le premier matériau et le deuxième matériau sont maintenus en permanence en communication fluidique,
- une deuxième chambre au sein de laquelle le deuxième matériau est disposé, - le premier matériau et le deuxième matériau étant adaptés pour fournir un flux d'hydrogène suffisant pour le fonctionnement d'une unité d'utilisation d'hydrogène, en particulier pour une pression d'entrée de l'unité supérieure ou égale à 1 ,5 bars, en particulier à 2,5 bars, en particulier à 5 bars, en particulier à 10 bars,
- le deuxième matériau est adapté pour former un hydrure métallique, de préférence du type LaNis, FeTi, TiCr, TiV, TiZr
Figure imgf000005_0001
- le premier matériau est adapté pour former un hydrure, de préférence un hydrure métallique, par exemple de l'alane, par exemple au moins une phase d'alane, par exemple de l'alane alpha, par exemple de l'alane alpha prime, et/ou du borazane et/ou du 1 ,2-di-amineborane, et/ou de l'hydrure de lithium et/ou de l'hydrure d'aluminium et de lithium,
- une valve de surpression adaptée pour permettre l'échappement de gaz, de préférence au-delà d'une certaine pression, de préférence comprise entre 5 et 90 bars,
- des moyens de chauffage du premier matériau et/ou du deuxième matériau.
L'invention concerne également un système de stockage et de fourniture d'hydrogène comprenant un tel dispositif et une unité d'utilisation d'hydrogène.
Ces caractéristiques sont avantageusement complétées par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leurs combinaisons techniquement possibles :
- des moyens de commande adaptés pour commander le dispositif, - des moyens de chauffage du premier matériau et/ou du deuxième matériau.
L'invention concerne en outre un procédé de fonctionnement d'un tel dispositif ou d'un tel système.
Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront lors de la description ci-après d'un mode de réalisation. Aux dessins annexés :
- la figure 1 représente un dispositif selon un exemple de mode de réalisation de l'invention,
- la figure 2 représente sous forme de diagramme le comportement de désorption du dispositif selon un exemple de mode de réalisation,
- la figure 3 représente sous forme de diagramme la pression en fonction du temps selon un exemple de mode de réalisation de l'invention,
- la figure 4 représente un système selon un exemple de mode de réalisation de l'invention,
- la figure 5 représente un procédé selon un exemple de mode de réalisation de l'invention,
- la figure 6 représente un exemple de différences de comportement entre un matériau de stockage réversible et un matériau de stockage métastable.
Description détaillée de l'invention Dispositif de stockage d'hydrogène
Présentation générale En référence à la figure 1 , il est décrit un dispositif 100 de stockage d'hydrogène.
Le dispositif 100 est par exemple adapté pour fournir de l'hydrogène à une unité d'utilisation d'hydrogène telle que décrite ci-après. Le dispositif 100 est par exemple configuré pour faire partie d'un système tel que décrit ci-après. Le dispositif 100 est par exemple configuré pour former un dispositif échangeable et/ou amovible du système tel que décrit ci-après. Le dispositif forme par exemple une cartouche.
Premier matériau
Le dispositif 100 comprend un premier matériau 1 1 1 de stockage d'hydrogène. Le premier matériau 1 1 1 est par exemple un matériau de stockage d'hydrogène, par exemple par sorption.
Par sorption, on entend le processus par lequel une substance est adsorbée ou absorbée sur ou dans une autre substance. Par absorption, on entend la capacité d'un matériau à retenir des molécules dans son volume. Par adsorption, on entend la capacité d'un matériau à retenir des molécules à sa surface.
Le premier matériau 1 1 1 peut être un matériau solide ou sous forme de gel. Le premier matériau 1 1 1 peut être un matériau de stockage par adsorption et/ou absorption. Le premier matériau 1 1 1 peut être un matériau de stockage par hydruration et/ou déshydruration.
Le premier matériau 1 1 1 comprend ou est un matériau de stockage d'hydrogène, par exemple pour former un hydrure, de préférence un hydrure métallique, par exemple de l'alane, par exemple au moins une phase d'alane, par exemple de l'alane alpha, par exemple de l'alane alpha prime, et/ou du borazane (ΒΗΘΝ) et/ou du 1 ,2-di-amineborane (aussi appelé EDAB, BH3NH2CH2CH2NH2BH3), et/ou de l'hydrure de lithium (LiH) et/ou de l'hydrure d'aluminium et de lithium (LiAIH4). Le premier matériau est un matériau de stockage métastable d'hydrogène.
Par métastable, on entend un matériau qui, dans des domaines usuels de pression (c'est-à-dire moins de 200 bars), sera toujours en régime de désorption d'hydrogène.
La figure 6 illustre ainsi la différence entre un matériau métastable, par exemple de l'alane, et un matériau réversible (non métastable), par exemple de type TiMn2. Sur cette figure sont représentées des courbes d'équilibre d'absorption ou d'adsorption ou de désorption c'est-à-dire des courbes représentant la pression d'équilibre d'absorption, d'adsorption ou de désorption, en l'espèce le logarithme népérien de cette pression, en fonction de la concentration en hydrogène au sein du matériau, par exemple exprimée en pourcentage massique, par exemple à une température donnée, par exemple à 80°C. Au-dessus de la courbe, le matériau est en zone de charge et capte donc de l'hydrogène. Au-dessous de la courbe, le matériau est en zone de décharge et libère donc de l'hydrogène. Il est à noter que cette figure est schématique et qu'en réalité, les courbes d'absorption ou d'adsorption et les courbes de désorption ne sont pas nécessairement confondues mais gardent un profil et des ordres de grandeurs similaires.
La courbe d'équilibre du matériau de stockage réversible dépend typiquement de la température : plus la température est élevée, plus la pression d'équilibre est élevée et plus la zone de décharge s'agrandit. La courbe présente une première section de pressions basses croissante, une deuxième section de pressions moyennes sensiblement stable ou plus faiblement croissante, et une troisième section de pressions hautes à nouveau croissante. La deuxième section est typiquement bien inférieure à 200 bars.
La courbe d'équilibre du matériau de stockage métastable présente une première section de pressions basses croissante, une deuxième section de pressions moyennes sensiblement stable ou plus faiblement croissante, et une troisième section de pressions hautes à nouveau croissante. La deuxième section est typiquement bien supérieure à celle d'un matériau de stockage réversible, par exemple bien supérieure à 200 bars, par exemple de l'ordre de plusieurs milliers de bars. Ainsi dans des conditions de fonctionnement ou usuelles, le matériau de stockage métastable est typiquement toujours en train de désorber de l'hydrogène et non d'en capter.
Le premier matériau 1 1 1 a par exemple une porosité inférieure ou égale à 70%, de préférence inférieure ou égale à 50%, de préférence inférieure ou égale à 30%, en volume. Une porosité réduite permet une meilleure capacité de stockage puisqu'une plus grande partie du volume du premier matériau 1 1 1 permet alors effectivement le stockage d'hydrogène sous forme solide.
Sauf mention contraire, les termes premier, deuxième et autres ordinaux sont utilisés simplement pour lister des éléments et ne préjugent pas d'un ordre entre ces éléments.
Première chambre
Le dispositif comprend une première chambre 1 10. Le premier matériau 1 1 1 est par exemple disposé au sein de la première chambre 1 10.
La première chambre 1 10 peut comprendre une ou plusieurs parois et/ou cloisons. La première chambre 1 10 peut former un ou plusieurs compartiment(s). Deuxième matériau
Le dispositif 100 comprend un deuxième matériau 121 de stockage d'hydrogène. Le deuxième matériau est par exemple un matériau de stockage réversible d'hydrogène, par exemple par sorption.
Le deuxième matériau peut être un matériau solide ou sous forme de gel. Le deuxième matériau peut être un matériau de stockage par adsorption et/ou absorption. Le deuxième matériau peut être un matériau de stockage par hydruration et/ou déshydruration.
Par réversible, on entend qu'un matériau initialement chargé et qui a été au moins partiellement déchargé peut-être au moins partiellement rechargé dans le milieu dans lequel est placé le matériau, par exemple un milieu constitué de dihydrogène gazeux.
On peut par convention définir le rechargement partiel comme étant un rechargement à une pression inférieure ou égale à 200 bars, dans une plage de température adaptée pour le rechargement du matériau à la pression considérée, par exemple à une température optimale pour le rechargement du matériau, par exemple de sorte à atteindre un taux de charge donné, par exemple 50%, par exemple de sorte à augmenter le taux de charge d'un pourcentage donné par exemple d'au moins 10%.
Le deuxième matériau 121 comprend ou est un matériau de stockage d'hydrogène, par exemple adapté pour former un hydrure, par exemple de manière réversible, par exemple pour des températures allant de -10°C à 100°C. Il est ainsi possible d'obtenir un dispositif fonctionnant sur une vaste plage de conditions de stockage.
Le deuxième matériau 121 comprend ou est un matériau de stockage d'hydrogène, par exemple adapté pour former un hydrure, par exemple un hydrure métallique, par exemple à température ambiante, par exemple pour des températures allant de -50°C à 100°C. Le deuxième matériau 121 est par exemple adapté pour stocker de l'hydrogène qui lui est fourni à une pression, par exemple une pression inférieure à la pression maximale du dispositif 100, par exemple à une température ambiante, par exemple à 20°C, par exemple une pression d'environ 4 bars.
Par pression maximale du dispositif, on entend une pression à laquelle le dispositif n'est pas endommagé lorsqu'il est placé en fonctionnement. La pression maximale du dispositif est par exemple inférieure ou égale à 300 bars, par exemple égale à 300 bars, par exemple inférieure ou égale à 100 bars, par exemple égale à 100 bars, par exemple supérieure ou égale à 20 bars, par exemple égale à 20 bars.
Le deuxième matériau 121 comprend ou est par exemple un alliage métallique adapté pour former un hydrure, par exemple à température ambiante, par exemple pour des températures allant de -10°C à 100°C.
Le deuxième matériau 121 comprend par exemple une poudre.
Le deuxième matériau 121 peut comprendre ou être constitué d'un alliage métallique, par exemple un composé intermétallique, de type AnBm, où A et B sont des éléments chimiques métalliques, et n et m des entiers naturels supérieurs ou égaux à 1 , par exemple de type ABm, par exemple AB2 ou AB5, par exemple de type AnB, par exemple A2B, par exemple AB.
Le deuxième matériau 121 peut comprendre ou être constitué d'un alliage métallique, par exemple un composé intermétallique, par exemple comprenant du fer et/ou du vanadium et/ou du titane et/ou du zirconium et/ou du magnésium. Le deuxième matériau 121 peut comprendre ou être constitué d'au moins un alliage de type LaNis et/ou FeTi et/ou TiCr et/ou TiV et/ou TiZr et/ou TiMn2, et/ou le ou les hydrure(s) correspondant(s). Le deuxième matériau 121 peut également comprendre ou être constitué d'au moins un hydrure de type NaAIH4 et/ou L1NH2 et/ou LiBH4, la ou les forme(s) déshydrogénée(s) correspondante(s). Le deuxième matériau 121 peut comprendre ou être constitué d'un alliage de type Ti(i-y)Zry(MnVFe)2 avec y supérieur ou égal à 0 et y inférieur ou égal à 1 . En particulier le deuxième matériau 121 peut comprendre ou être constitué d'un tel alliage, le deuxième matériau 121 ayant une fraction massique en zirconium comprise entre 1 % et 15%, par exemple entre 3% et 10%, par exemple sensiblement égale à 6%. L'utilisation de telles fractions massiques est particulièrement adaptée à des applications liées aux piles à combustibles pour un véhicule.
Le deuxième matériau 121 a par exemple une porosité inférieure ou égale à 70%, de préférence inférieure ou égale à 60%, de préférence inférieure ou égale à 50%, en volume.
Stockage réversible d'hydrogène désorbé par le premier matériau
Le deuxième matériau 121 est par exemple en communication fluidique avec le premier matériau 1 1 1 , ladite communication fluidique étant directe ou se faisant par l'intermédiaire de moyens de communication fluidique, de sorte que le deuxième matériau 121 permet de stocker de manière réversible de l'hydrogène désorbé par le premier matériau 1 1 1 .
II est ainsi possible de stocker de manière compacte, par sorption, l'hydrogène désorbé par le premier matériau.
Le premier matériau 1 1 1 et le deuxième matériau 121 peuvent ainsi être agencés de sorte que le deuxième matériau permet d'absorber/adsorber de manière réversible de l'hydrogène libéré par le premier matériau.
En effet, le premier matériau étant métastable, même à température ambiante, il libère de manière continue de petites quantités d'hydrogène, qui à terme provoquent une augmentation de la pression au sein du dispositif et limiteraient autrement le temps de stockage ou les conditions de stockage du dispositif. Il est ainsi possible d'obtenir un dispositif présentant une capacité de stockage satisfaisante en employant un matériau de stockage métastable, sans présenter de risque de sécurité, notamment lorsqu'il est stocké pour une période longue et/ou avec une augmentation de température, grâce au deuxième matériau.
Le dispositif, par exemple le premier matériau 1 1 1 et le deuxième matériau 121 , peut être agencé, de sorte que le deuxième matériau permet de capter et/ou de stocker de manière réversible de l'hydrogène libéré par le premier matériau au fur et à mesure que l'hydrogène est libéré, par exemple au cours d'une période de stockage du dispositif, par exemple lorsque le dispositif n'est pas en fonctionnement, par exemple lorsque le dispositif n'est pas utilisé pour fournir de l'hydrogène, par exemple lorsque des moyens d'entrée et/ou de sortie d'hydrogène 160 tels que décrits ci-après sont en position fermée.
Le dispositif, par exemple le premier matériau 1 1 1 et le deuxième matériau 121 , peut être agencé, de sorte que le deuxième matériau permet de stocker de manière réversible de l'hydrogène libéré par le premier matériau de sorte à limiter une augmentation de pression au sein de la première chambre 1 10 résultant de la libération d'hydrogène dans le temps, par exemple lors d'une augmentation de température.
Un tel dispositif permet également de se passer de soupape de sûreté, ou du moins d'en limiter l'usage à des cas extrêmes. Ceci permet d'éviter ou de limiter les inconvénients associés à une telle soupape, tels que des pertes d'hydrogène dès que la température augmente, les risques de sécurité qu'impliquent de tels dégagements d'hydrogène, et les risques liés au défaut de fonctionnement de telles soupapes, et les opérations de maintenance sur de telles soupapes qui seraient nécessaires, ainsi que les risques de défaut de fonctionnement de telles soupapes liées au rejet de matières solides lors du rejet d'hydrogène. Un tel dispositif permet également de s'affranchir de conditions contraignantes de stockage et de transport, notamment en termes de température et de durée. Ceci permet d'éviter ou de limiter les inconvénients associés à de telles contraintes, telles que la complexité de mettre en œuvre ces conditions depuis la fabrication jusqu'à l'utilisation du dispositif alors que des domaines d'application tels que le domaine automobile sont déjà soumis à de nombreuses règles, telles que les limites des possibilités de transport, notamment par voie maritime ou terrestre, où des températures élevées peuvent avoir à être tolérées, telles que des risques additionnels dans le cas de soumission accidentelle du dispositif à des températures très importantes comme en cas d'incendie et telles que la limitation des possibilités logistiques de déploiement des dispositifs de stockage et donc de leur mise à disposition.
Un tel dispositif est également plus avantageux qu'un conteneur spécialement renforcé pour offrir une plus grande stabilité. En effet, il est ainsi possible d'éviter une réduction drastique de la capacité de stockage gravimétrique, une réduction de la capacité de de stockage volumétrique, et une réduction d'efficacité et du transfert de chaleur résultant du chauffage d'une plus grande quantité de matière sans fonction de stockage. En outre, il est ainsi possible d'éviter l'importante augmentation de masse associée aux conteneurs spécialement renforcés et les inconvénients qu'elle présente pour l'utilisateur, ainsi que la nécessité de dimensionner également l'entrée et/ou la sortie du dispositif pour résister aux conditions envisagées, notamment à des pressions élevées.
Un tel dispositif est également plus avantageux que de réaliser un dispositif avec un volume additionnel non occupé par un matériau de stockage. En effet, il est ainsi possible d'éviter une réduction drastique de la capacité de stockage volumétrique et une réduction de la capacité de de stockage gravimétrique. Il est ainsi possible de proposer une solution plus avantageuse, le volume additionnel n'offrant qu'un avantage limité en termes de réduction de pression de par la faible densité de l'hydrogène gazeux. En outre, il est ainsi possible d'éviter l'augmentation de masse et de volume associée à un conteneur ayant un plus grand volume interne et les inconvénients qu'elle présente pour l'utilisateur.
Un tel dispositif permet ainsi une meilleure tolérance aux températures élevées et/ou aux temps de stockage importants et/ou une meilleure sécurité lors du stockage tout en restant performant en termes de fourniture d'hydrogène et de chargement.
Un tel dispositif implique des pertes réduites d'hydrogène, l'hydrogène stocké par le deuxième matériau 121 pouvant être libéré par la suite lors de l'utilisation du dispositif. En effet, les températures d'utilisation d'un matériau de stockage métastable sont telles vis-à-vis des pressions d'équilibre du deuxième matériau 121 que tout l'hydrogène stocké dans le deuxième matériau 121 peut alors être libéré.
Par communication fluidique directe entre deux matériaux de stockage d'hydrogène, on entend par exemple que les deux matériaux peuvent être en contact ou mis en contact, ou qu'ils peuvent être disposés à distance l'un de l'autre dans le même espace sans obstacle empêchant la circulation de gaz, par exemple d'hydrogène, entre les deux matériaux.
Par moyens de communication fluidique entre deux matériaux, on entend toute structure permettant de mettre en œuvre une communication fluidique entre les deux matériaux, la communication fluidique pouvant être ou non permanente.
Conditions d'utilisation
Le deuxième matériau 121 est par exemple adapté, par exemple ajusté par rapport au premier matériau 1 1 1 , pour augmenter le temps de stockage du dispositif 100 par exemple à une pression inférieure ou égale à 90 bars, par exemple inférieure ou égale à 60 bars, par exemple inférieure ou égale à 30 bars, par exemple d'environ 15 bars, par exemple lors du stockage du dispositif. En stockage, le dispositif 100 est par exemple configuré de sorte que, l'hydrogène libéré par le premier matériau 1 1 1 provoque une augmentation de pression au sein du dispositif jusqu'à atteindre la pression d'équilibre de sorption, par exemple d'absorption, par exemple d'adsorption, du deuxième matériau 121 . Le deuxième matériau 121 stocke alors, par exemple absorbe ou adsorbe, de l'hydrogène émis par le premier matériau 1 1 1 , la pression augmentant suivant la courbe d'équilibre de pression du deuxième matériau 121 . Au fur et à mesure que de plus en plus d'hydrogène est stocké dans le deuxième matériau, la pression équilibre de sorption du deuxième matériau augmente à une vitesse de plus en plus élevée, par exemple jusqu'à atteindre la pression maximale du dispositif 100, et/ou une première et/ou deuxième pression de seuil telles que décrites ci-après. Il est ainsi possible de réduire l'augmentation de pression au sein de la première chambre en fonction de la pression d'équilibre de sorption du deuxième matériau 121 .
Par pression d'équilibre de désorption d'un matériau à une température donnée et à un taux de charge donné, on entend la pression minimale de gaz exercée sur le matériau pour laquelle il n'y a pas de libération d'hydrogène. A une pression infinitésimalement inférieure, de l'hydrogène est libéré.
Par pression d'équilibre de d'absorption ou d'adsorption d'un matériau à une température donnée et à un taux de charge donné, on entend la pression maximum de gaz exercée sur le matériau pour laquelle il n'y a pas d'absorption ou adsorption d'hydrogène. A une pression infinitésimalement supérieure, de l'hydrogène est absorbé ou adsorbé.
Le taux de charge est par exemple exprimé en pourcentage.
Le taux de charge peut être défini comme le ratio de la masse d'hydrogène introduite dans le système sur la masse maximum d'hydrogène que le système peut contenir, à la température donnée. On peut, par convention, définir que la masse maximum, et donc le taux de charge, est calculé à une pression de référence, par exemple 200 bars. En outre, le deuxième matériau 121 permet de stocker l'hydrogène libéré dans un volume réduit, de manière compacte, de sorte que le temps avant d'atteindre des pressions élevées, par exemple la pression maximale du dispositif et/ou une première pression de seuil ou une deuxième pression de seuil telles que définies ci-après, s'en trouve repoussé de manière significative même avec une faible quantité de deuxième matériau 121 .
Le dispositif est par exemple conçu pour atteindre un compromis entre la masse additionnelle due au deuxième matériau et la prolongation de temps de stockage du dispositif ainsi permise. En particulier, à une température plus élevée le débit de libération de l'hydrogène est également plus important. Ainsi un dispositif dimensionné selon un ratio prédéterminé entre le premier et le deuxième matériaux peut atteindre la pression maximale du dispositif et/ou une premier pression de seuil ou une deuxième pression de seuil telles que définies ci-après, pour un temps ti à une température Ti et un temps t.2 à une température T2 avec ti < t.2 et Ti > T2.
Le deuxième matériau 121 présente par exemple un volume strictement inférieur à celui du premier matériau 1 1 1 , par exemple inférieur ou égal à 50 %, par exemple inférieur ou égal à 25 %, par exemple supérieur ou égal à 10 % du volume du premier matériau 1 1 1 .
Le deuxième matériau 121 est par exemple configuré de sorte à pouvoir absorber l'hydrogène libéré du premier matériau 1 1 1 de sorte à prolonger le temps jusqu'à dépasser la pression maximale du dispositif et/ou une première pression de seuil ou une deuxième pression de seuil telles que définies ci-après, dans la première chambre 1 10, par exemple à la température ambiante, par exemple à la température maximale, et/ou une première et/ou deuxième pression de seuil telles que décrites ci- après.
La fraction massique en deuxième matériau 121 est par exemple inférieure à 50 %, par exemple à 25 %, par exemple à 10 % du premier matériau 1 1 1 .
Le deuxième matériau 121 présente par exemple une capacité de stockage en hydrogène strictement inférieure à celle du premier matériau 1 1 1 , par exemple inférieure ou égale à 8%, par exemple inférieure ou égale à 2%, par exemple supérieure ou égale à 1 % de la capacité de stockage en hydrogène du premier matériau, par exemple à une pression donnée, par exemple à 4 bar, par exemple à une température donnée, par exemple à 20°C. Ainsi, pour de faibles capacités de stockage de deuxième matériau, le temps de stockage peut être fortement prolongé.
Moyens de chauffape
Le dispositif 100 peut comprendre des moyens de chauffage 1 13 du premier matériau 1 1 1 et/ou du deuxième matériau 121 . Alternativement ou en complément, le dispositif peut être adapté pour permettre le chauffage du premier matériau 1 1 1 et/ou du deuxième matériau 121 par des moyens de chauffage 1 13 du système. Les moyens de chauffage 1 13 sont par exemple adaptés pour chauffer le premier matériau 1 1 1 et/ou le deuxième matériau 121 à une température d'opération du premier matériau 1 1 1 et/ou du deuxième matériau 121 .
Le dispositif peut comprendre un ou plusieurs matériaux améliorant le transfert thermique et/ou la conservation des performances au cours des cycles et/ou la perméabilité et/ou d'autres fonctions pertinentes pour l'application envisagée. Le premier matériau 1 1 1 est par exemple plus proche des moyens de chauffage 1 13 que le deuxième matériau 121 . Le premier matériau 1 1 1 est par exemple disposé entre les moyens de chauffage 1 13 et le deuxième matériau 121 . Il est ainsi possible de chauffer en priorité le premier matériau 1 1 1 .
Les moyens de chauffage comprennent par exemple une unité de chauffage, par exemple au moins une résistance et/ou un échangeur de chaleur. Moyens de sortie d'hydrogène
Le dispositif 100 peut comprendre des moyens de sortie d'hydrogène 160, par exemple pour permettre à de l'hydrogène de sortir du dispositif, par exemple pour décharger de l'hydrogène gazeux. Les moyens de sortie d'hydrogène 160 comprennent par exemple une valve de sortie. Les moyens de sortie d'hydrogène 160 sont par exemple maintenus en permanence en communication fluidique avec la première chambre 1 10 et/ou avec le premier matériau 1 1 1 . Les moyens de sortie d'hydrogène 160 sont par exemple disposés au niveau de la première chambre 1 10 et/ou au niveau du premier matériau 1 1 1 .
Les moyens de sortie d'hydrogène 160 sont par exemple mobiles entre une position ouverte, dans laquelle de l'hydrogène peut sortir du dispositif par lesdits moyens, et une position fermée, dans laquelle de l'hydrogène ne peut pas entrer et/ou sortir du dispositif par lesdits moyens.
Première valve de surpression
Le dispositif 100 peut comprendre une première valve de surpression adaptée pour permettre l'échappement de gaz, par exemple d'hydrogène gazeux, par exemple depuis le dispositif 100, par exemple depuis la première chambre 1 10, par exemple vers l'extérieur du dispositif, par exemple vers l'extérieur d'une enceinte externe telle que décrite ci- après, par exemple de sorte à limiter la pression du dispositif et/ou à éviter une surpression du dispositif 100, par exemple au-delà d'une première pression de seuil, par exemple inférieure ou égale à la pression maximale du dispositif 100. La première pression de seuil, est par exemple inférieure ou égale à 90 bars, par exemple inférieure ou égale à 60 bars, par exemple inférieure ou égale à 30 bars, par exemple d'environ 15 bars.
Disposition du deuxième matériau
Le deuxième matériau est par exemple disposé au moins partiellement dans la première chambre 1 10. Le deuxième matériau comprend par exemple une pluralité de parties distinctes disposés dans la première chambre 1 10, la pluralité de parties distinctes comprenant au moins deux parties disposées de sorte à ne pas être en contact l'une avec l'autre. Un tel dispositif présente comme avantage d'être simple à réaliser.
Le dispositif 100 peut comprendre une deuxième chambre. Le deuxième matériau 121 est par exemple disposé au sein de la deuxième chambre. La deuxième chambre forme par exemple un élément distinct et/ou séparé de la première chambre. Un tel dispositif est par exemple plus modulaire ou permet une réalisation plus modulaire permettant d'associer différents types de premières chambres avec différents types de deuxièmes chambres.
Il est ainsi possible d'obtenir un dispositif adapté pour fournir un débit d'hydrogène suffisant pour le fonctionnement d'une unité d'utilisation, par exemple au moyen du premier matériau, et qui maintient lors de son stockage une pression relativement basse lorsqu'il est stocké pour une période de long temps et/ou avec une augmentation de température, par exemple au moyen du deuxième matériau. La deuxième chambre présente par exemple un volume strictement inférieur à celui de la première chambre 1 10, par exemple inférieur ou égal à 50 %, par exemple inférieur ou égal à 25 %, par exemple supérieur ou égal à 10 % du volume de la première chambre 1 10.
La deuxième chambre est par exemple une chambre tampon.
La deuxième chambre est par exemple disposée au sein de la première chambre 1 10. Alternativement, la deuxième chambre est par exemple disposée de manière contigue par rapport à la première chambre 1 10.
Enceintes
Le dispositif 100 comprend par exemple une enceinte externe 130, qui forme par exemple une enveloppe externe du dispositif. Le premier matériau 1 1 1 et/ou le deuxième matériau 121 , et/ou la première chambre 1 10 est ou sont par exemple disposé(e)(s) à l'intérieur de l'enceinte externe 130. L'enceinte externe 130 s'étend par exemple autour du premier matériau 1 1 1 et/ou du deuxième matériau 121 , et/ou de la première chambre 1 10. L'enceinte externe 130 forme par exemple un conteneur.
Le dispositif comprend par exemple une première enceinte 1 14. La première chambre 1 10 s'étend par exemple à l'intérieur de la première enceinte 1 14. La première enceinte 1 14 s'étend par exemple autour de la première chambre 1 10. La première enceinte 1 14 délimite et/ou définit par exemple la première chambre 1 10.
Le dispositif comprend par exemple une deuxième enceinte 124. La première chambre 1 10 s'étend par exemple à l'intérieur de la deuxième enceinte 124. La deuxième enceinte 124 s'étend par exemple autour de la première chambre 1 10. La deuxième enceinte 124 délimite et/ou définit par exemple la première chambre 1 10. La deuxième enceinte 124 s'étend par exemple au sein de la première enceinte 1 14. Au moins une paroi de la première enceinte 1 14 est par exemple contigue d'au moins une paroi de la deuxième enceinte 124. Alternativement, la deuxième enceinte 124 est par exemple disposée à distance des parois de la première enceinte 1 14, par exemple au sein du premier matériau 1 10.
L'enceinte externe, la première enceinte et/ou la deuxième enceinte est par exemple métallique. Moyens de communication fluidigue
Le dispositif peut comprendre des moyens de communication fluidique entre la première chambre 1 10 et la deuxième chambre.
Les moyens de communication fluidique 122 peuvent permettre le passage d'un flux d'hydrogène de la première chambre 1 10 vers la deuxième chambre et/ou de la deuxième chambre vers la première chambre 1 10.
Les moyens de communication fluidique 122 comprennent par exemple au moins une ouverture et/ou canalisation, par exemple une pluralité d'ouvertures et/ou de canalisations, connectant la première chambre 1 10 et la deuxième chambre. L'ouverture est par exemple un orifice. L'au moins une ouverture et/ou canalisation, par exemple chaque ouverture et/ou canalisation est par exemple munie d'au moins un élément de filtre 123, comprenant par exemple un ou plusieurs filtres. L'élément de filtre est par exemple adapté pour permettre le passage d'hydrogène gazeux et/ou pour empêcher le passage de particules du deuxième matériau. L'élément de filtre 123 est par exemple adapté pour empêcher le passage de matière à l'état solide, par exemple du deuxième matériau. L'élément de filtre 123 peut comprendre un matériau poreux, par exemple un ou plusieurs tuyau(x) à section poreuse, et/ou un tissu ou un non-tissé de fibres, et/ou une feuille ondulée, par exemple une tôle ondulée, et/ou une ou plusieurs mousse(s) et/ou une ou plusieurs structure(s) filaire.
L'au moins une ouverture est par exemple disposée en regard du premier matériau 1 1 1 et/ou de la première chambre 1 10, par exemple au niveau d'une face rigide de la deuxième enceinte 124.
Le dispositif ne nécessite pas de système de valve ou d'autres mécanismes de contrôle de flux, passif ou actif, entre le premier matériau et le deuxième matériau, ce qui permet une conception simple et une facilité de fabrication plus grande.
Les moyens de communication fluidique 122, par exemple l'ouverture et/ou canalisation 122, sont par exemple disposés au niveau de la deuxième enceinte 124. La deuxième enceinte 124 comprend par exemple les moyens de communication fluidique 122. Deuxième valve de surpression
Le dispositif 100 peut comprendre une deuxième valve de surpression adaptée pour permettre l'échappement de gaz, par exemple d'hydrogène gazeux, par exemple depuis la deuxième chambre, par exemple de sorte à limiter la pression du dispositif et/ou à éviter une surpression du dispositif 100, par exemple au-delà d'une deuxième pression de seuil, par exemple inférieure ou égale à la pression maximale du dispositif 100.
La deuxième pression de seuil est par exemple inférieure ou égale à 90 bars, par exemple inférieure ou égale à 60 bars, par exemple inférieure ou égale à 30 bars, par exemple d'environ 15 bars.
Système
Description générale En référence à la figure 4, il est décrit un système 200 de stockage et/ou de fourniture d'hydrogène. Le système comprend le dispositif 100 ou une pluralité de tels dispositifs 100.
Le système 200 est par exemple un système de stockage et/ou de fourniture d'hydrogène, par exemple à au moins une unité d'utilisation d'hydrogène 230. Le système 200 est par exemple un système de stockage et/ou de fourniture d'hydrogène pour un dispositif.
Le système 200 est par exemple un système de stockage et/ou de fourniture d'hydrogène pour un véhicule. Le véhicule est par exemple un véhicule à moteur. Le véhicule à moteur est par exemple un véhicule à moteur électrique, par exemple alimenté par une pile à combustible. Le véhicule à moteur est par exemple un véhicule à un moteur thermique.
Le système 200 est par exemple un système de stockage et/ou de fourniture d'hydrogène pour un système stationnaire. Le système stationnaire est par exemple une unité de fourniture d'électricité, par exemple un groupe électrogène, par exemple une unité de fourniture d'électricité de secours et/ou d'urgence, par exemple une unité d'éclairage, par exemple d'éclairage d'une construction. L'unité de fourniture d'électricité est par exemple portable.
Le système est par exemple configuré de sorte que le dispositif 100 est échangeable et/ou amovible.
Unité d'utilisation Le système 200 comprend par exemple l'au moins une unité d'utilisation d'hydrogène 230, par exemple une pluralité d'unités d'utilisation d'hydrogène.
L'au moins une unité d'utilisation d'hydrogène 230 est ou comprend par exemple une unité de consommation d'hydrogène. L'au moins une unité d'utilisation d'hydrogène 230 est ou comprend par exemple un système de traitement des gaz issus d'un moteur, par exemple au niveau d'une ligne d'échappement.
L'au moins une unité d'utilisation d'hydrogène 230 est ou comprend par exemple une pile à combustible, par exemple une pile à combustible à membrane d'échange de protons.
L'au moins une unité d'utilisation d'hydrogène peut comprendre la pile à combustible et/ou un moteur électrique adapté pour être alimenté par la pile à combustible. L'au moins une unité d'utilisation d'hydrogène est ou comprend par exemple un moteur à hydrogène, par exemple un moteur thermique adapté pour être alimenté en hydrogène, par exemple un moteur à explosion et/ou un moteur mixte.
Le système est par exemple configuré de manière à ce que l'au moins un dispositif 100 puisse alimenter l'unité d'utilisation d'hydrogène 230 en hydrogène. Le système comprend par exemple des moyens de communication fluidique 240 pour alimenter en hydrogène l'unité d'utilisation d'hydrogène 230 par le dispositif 100. Les moyens de communication fluidique 240 sont par exemple munis de moyens de blocage 241 mobiles au moins entre une position ouverte dans laquelle la communication fluidique est réalisée par les premiers moyens de communication fluidique 240 et une position fermée dans laquelle la communication fluidique n'est pas réalisée par les premiers moyens de communication fluidique 240.
L'unité d'utilisation d'hydrogène 230 est par exemple configurée pour alimenter au moins partiellement les moyens de chauffage 1 13, par exemple par de la chaleur perdue, par exemple par de la chaleur issue de l'unité d'utilisation d'hydrogène 230.
L'unité d'utilisation d'hydrogène 230 a par exemple une pression d'entrée supérieure ou égale à 1 ,5 bars, par exemple à 2,5 bars, par exemple à 5 bars, par exemple à 10 bars. Moyens de commande
Le système 200 peut comprendre des moyens de commande 270. Les moyens de commande peuvent comprendre au moins un processeur et/ou une mémoire vive et/ou une mémoire morte et/ou des moyens d'affichage, par exemple un terminal.
Les moyens de commande 270 peuvent comprendre un ou plusieurs capteurs adaptés pour mesurer et fournir une ou plusieurs mesures de l'état de système, par exemple en temps réel. Les moyens de commande 270 peuvent comprendre un premier capteur de température 214 du dispositif 100, et/ou un deuxième capteur de température 224 de l'unité d'utilisation d'hydrogène. Les moyens de commande 270 peuvent comprendre un premier capteur de pression 214 du dispositif 100, et/ou un deuxième capteur de pression 224 de l'unité d'utilisation d'hydrogène.
Les moyens de commande 270 peuvent par exemple commander le dispositif 200, par exemple les moyens de chauffage 1 13 du dispositif 100 ou du système 200. Les moyens de commande 270 peuvent par exemple commander l'unité d'utilisation d'hydrogène 230. Les moyens de commande 170 peuvent par exemple commander les moyens de communication fluidique 240, par exemple les moyens de blocage 241 .
Les moyens de commande sont par exemple configurés pour mettre en œuvre un procédé tel que décrit ci-après.
Procédé
En référence à la figure 5, il est décrit un procédé de mise en œuvre du dispositif 100.
Le procédé peut comprendre une étape 1301 de fabrication ou de fourniture du dispositif 100. Le procédé peut comprendre une étape 1302 de stockage et/ou de transport du dispositif 100. Lors du stockage/transport, le dispositif 100 peut être soumis à des variations de températures.
Le procédé peut comprendre une étape 1303 d'installation du dispositif au niveau du système 200.
Le procédé peut comprendre une étape 1304 d'utilisation du dispositif 100. L'étape 1304 comprend par exemple la fourniture d'hydrogène par le dispositif 100. Lors de l'étape 1304 d'utilisation, l'unité d'utilisation d'hydrogène 230 ou une autre source de chaleur est par exemple configurée pour alimenter au moins partiellement les moyens de chauffage 213, par exemple par de la chaleur perdue, par exemple de sorte à chauffer le premier matériau 1 1 1 et/ou le deuxième matériau, par exemple la première chambre 1 10 et/ou la deuxième chambre.
L'étape 1304 d'utilisation peut comprendre une étape de fonctionnement dans lequel les moyens de chauffage 213 maintiennent le premier matériau à une température dans la première chambre 1 10 suffisamment haute pour assurer la désorption, par exemple la déshydruration, par exemple le déchargement complet en hydrogène, du premier matériau 1 1 1 .
Les étapes 1301 et/ou 1302 et/ou 1303 et/ou 1304 sont par exemple répétées, par exemple de manière cyclique, par exemple dans cet ordre, par exemple répétées plusieurs fois. Chaque répétition est par exemple précédée d'une étape 1305 de retrait du dispositif 100 du système 100 et de retrait du premier matériau pour le remplacer par un premier matériau chargé en hydrogène. Alternativement ou en complément, le procédé peut comprendre une étape 1305 de retrait du dispositif 100 et de remplacement du dispositif 100, les étapes 1301 et/ou 1302 et/ou 1303 et/ou 1304 étant appliquées au dispositif 100 remplaçant celui ayant déjà été utilisé. Le dispositif permet ici une capacité de stockage satisfaisante et peut fournir de l'hydrogène à un débit et une pression satisfaisantes tout en permettant un temps de stockage prolongé du dispositif 100.
Par exemple, lorsque le premier matériau 1 1 1 et le deuxième matériau 121 sont par exemple maintenus en permanence en communication fluidique, au moins une ou plusieurs étapes du procédé, par exemple l'étape 1301 et/ou 1302 et/ou 1303 et/ou 1304 et/ou 1305 est par exemple définie par une pression du système qui définit le taux de charge pour le deuxième matériau, le taux de charge du premier matériau étant par exemple défini par son historique de chauffage. Ainsi le premier matériau 1 1 1 et le deuxième matériau 121 peuvent présenter des taux de charge différents dus à leurs comportements thermodynamiques différents. Le dispositif avec le premier matériau 1 1 1 et le deuxième matériau 121 peut toutefois être traités comme un dispositif avec un matériau. La distribution d'hydrogène est réalisée passivement entre les deux matériaux.
Le procédé comprendre une étape de captage et/ou de stockage réversible par le deuxième matériau d'hydrogène libéré par le premier matériau, par exemple au fur et à mesure que l'hydrogène est libéré, par exemple au cours d'une période de stockage du dispositif, par exemple lorsque le dispositif n'est pas en fonctionnement, par exemple lorsque le dispositif n'est pas utilisé pour fournir de l'hydrogène. L'étape de captage est par exemple mise en œuvre lors de l'étape 1302. L'étape de captage peut comprendre une augmentation de température et une libération correspondante d'hydrogène par le premier matériau.
Le procédé peut comprendre une étape d'échappement de gaz par la première valve de surpression et/ou la deuxième valve de surpression, par exemple mise en œuvre lors de l'étape 1302, par exemple postérieurement à l'étape de captage. Lors de l'étape 1302 de stockage, le premier matériau 1 1 1 et le deuxième matériau 121 sont par exemple agencés de sorte que, l'hydrogène libéré par le premier matériau 1 1 1 provoque une augmentation de pression au sein du dispositif jusqu'à atteindre la pression d'équilibre du deuxième matériau 121 , par exemple la pression d'équilibre d'adsorption ou d'absorption et/ou la pression maximale du dispositif et/ou une premier pression de seuil ou une deuxième pression de seuil telles que définies ci-après. Le deuxième matériau 121 stocke alors, par exemple absorbe ou adsorbe, de l'hydrogène émis par le premier matériau 1 1 1 , la pression augmentant suivant la courbe d'équilibre de pression du deuxième matériau 121 . Plus la quantité d'hydrogène stocké dans le deuxième matériau augmente, plus la pression équilibre du deuxième matériau augmente rapidement. La pression continue alors à augmenter jusqu'à atteindre la première et/ou deuxième pression de seuil à laquelle la première et/ou deuxième valve de surpression libère de l'hydrogène gazeux.
Le procédé peut comprendre une ou plusieurs étapes correspondant au fonctionnement du dispositif tel que décrit ci-avant. Exemple détaillé
En référence à la figure 2, il est décrit un exemple de comportement de premier matériau 1 1 1 de type alane à 25°C. Le graphe présente en ordonnée la variation de masse en pourcentage massique par rapport au temps. Dans cet exemple la première chambre 1 10 contient 100 g d'hydrogène stocké initialement au sein de l'alane. Le dispositif présente une masse totale inférieure à 2 kg. La pression de seuil à laquelle la valve de surpression est activée est de 15 bars.
Dans un premier cas, représenté en traits interrompus, le dispositif ne comprend pas de deuxième matériau. La pression de seuil est atteinte en 0,53 ans. Dans un deuxième cas, représenté en traits pleins, le dispositif est tel que décrit ici et comprend donc le deuxième matériau 121 , par exemple 50 g, soit 2,5% massiques, qui est par exemple de type hydrure d'alliage métallique AB2, par exemple avec une capacité de stockage d'hydrogène de l'ordre de 1 ,5% massiques. Le temps d'atteinte de la pression de seuil est alors augmenté de 108%, soit plus du double.
La figure 3 présente l'évolution de la pression en bar en fonction du temps en jour dans le premier cas représenté en traits interrompus et dans le deuxième cas représenté en traits pleins de la figure 2. La pression est conservée à un niveau bas durant un temps long en présence du deuxième matériau 121 , augmentant ainsi la sécurité.

Claims

Revendications
1 . Dispositif (100) de stockage d'hydrogène comprenant :
un premier matériau (1 1 1 ) de stockage métastable d'hydrogène par sorption, et
un deuxième matériau (121 ) de stockage réversible d'hydrogène par sorption,
le dispositif comprenant une chambre (1 10) au sein de laquelle le premier matériau (1 1 1 ) est disposé, et le deuxième matériau étant en communication fluidique avec le premier matériau, ladite communication fluidique étant directe ou se faisant par l'intermédiaire de moyens de communication fluidique, de sorte que le deuxième matériau permet de stocker de manière réversible de l'hydrogène désorbé par le premier matériau.
2. Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel le dispositif est configuré de sorte que l'hydrogène ainsi stocké dans le deuxième matériau peut être libéré lorsque le dispositif fournit de l'hydrogène.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le premier matériau (1 1 1 ) et le deuxième matériau (121 ) sont maintenus en permanence en communication fluidique.
4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, comprenant une deuxième chambre au sein de laquelle le deuxième matériau (121 ) est disposé.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, le premier matériau (1 1 1 ) et le deuxième matériau (121 ) étant adaptés pour fournir un flux d'hydrogène suffisant pour le fonctionnement d'une unité d'utilisation d'hydrogène, en particulier pour une pression d'entrée de l'unité supérieure ou égale à 1 ,5 bars, en particulier à 2,5 bars, en particulier à 5 bars, en particulier à 10 bars.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le deuxième matériau (121 ) est adapté pour former un hydrure métallique, de préférence du type LaNis, FeTi, TiCr, TiV, TiZr et/ou TiMn2.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier matériau (1 1 1 ) est adapté pour former un hydrure, de préférence un hydrure métallique, par exemple de l'alane, par exemple au moins une phase d'alane, par exemple de l'alane alpha, par exemple de l'alane alpha prime, et/ou du borazane et/ou du 1 ,2-di-amineborane, et/ou de l'hydrure de lithium et/ou de l'hydrure d'aluminium et de lithium.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une valve de surpression adaptée pour permettre l'échappement de gaz.
9. Système de stockage et de fourniture d'hydrogène comprenant un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes et une unité d'utilisation d'hydrogène.
10. Système selon la revendication précédente, comprenant des moyens de commande (270) adaptés pour commander le dispositif (100).
1 1 . Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 ou système selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10, comprenant des moyens de chauffage (1 13) du premier matériau (1 1 1 ) et/ou du deuxième matériau (121 ).
12. Dispositif ou système selon la revendication précédente, dans lequel le premier matériau (1 1 1 ) est plus proche des moyens de chauffage (1 13) que le deuxième matériau (121 ).
13. Procédé de fonctionnement d'un dispositif (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, 1 1 et 12 ou d'un système selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10.
PCT/EP2018/054479 2017-02-24 2018-02-23 Dispositif de stockage d'hydrogène WO2018154041A1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201880026992.1A CN110582666A (zh) 2017-02-24 2018-02-23 氢气储存装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1751481 2017-02-24
FR1751481A FR3063329B1 (fr) 2017-02-24 2017-02-24 Dispositif de stockage d'hydrogene

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018154041A1 true WO2018154041A1 (fr) 2018-08-30

Family

ID=58779159

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/054479 WO2018154041A1 (fr) 2017-02-24 2018-02-23 Dispositif de stockage d'hydrogène

Country Status (4)

Country Link
CN (1) CN110582666A (fr)
FR (1) FR3063329B1 (fr)
TW (1) TW201839307A (fr)
WO (1) WO2018154041A1 (fr)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7718239B2 (en) * 2005-10-12 2010-05-18 Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh Gas tight vessel with a diffusion barrier layer of metal hydrides
WO2013018570A1 (fr) * 2011-07-29 2013-02-07 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 Récipient composite pour le stockage d'hydrogène et procédé de remplissage d'hydrogène
WO2015022633A1 (fr) * 2013-08-15 2015-02-19 Basf Se Dispositif de stockage à sorption pour gaz comportant de multiples milieux d'adsorption
FR3037942A1 (fr) * 2015-06-26 2016-12-30 Commissariat Energie Atomique Procede d’hydruration d’un compose intermetallique et dispositif d’hydruration.

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2740326B2 (ja) * 1989-03-01 1998-04-15 三洋電機株式会社 接触吸熱、放熱装置
DE10022803B4 (de) * 2000-05-10 2006-07-06 GfE Gesellschaft für Elektrometallurgie mbH Tank zur reversiblen Speicherung von Wasserstoff
DE602007010728D1 (de) * 2007-03-30 2011-01-05 Amminex As System zur Lagerung von Ammoniak in und zu seiner Abgabe aus einem Lagerungsmaterial und Verfahren zur Lagerung und Abgabe von Ammoniak
CN201140984Y (zh) * 2007-12-06 2008-10-29 谢胜明 多元材料储氢装置
US9188284B2 (en) * 2012-02-29 2015-11-17 Luon Energy Llc Natural gas adsorption devices

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7718239B2 (en) * 2005-10-12 2010-05-18 Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh Gas tight vessel with a diffusion barrier layer of metal hydrides
WO2013018570A1 (fr) * 2011-07-29 2013-02-07 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 Récipient composite pour le stockage d'hydrogène et procédé de remplissage d'hydrogène
WO2015022633A1 (fr) * 2013-08-15 2015-02-19 Basf Se Dispositif de stockage à sorption pour gaz comportant de multiples milieux d'adsorption
FR3037942A1 (fr) * 2015-06-26 2016-12-30 Commissariat Energie Atomique Procede d’hydruration d’un compose intermetallique et dispositif d’hydruration.

Also Published As

Publication number Publication date
CN110582666A (zh) 2019-12-17
FR3063329A1 (fr) 2018-08-31
FR3063329B1 (fr) 2020-10-30
TW201839307A (zh) 2018-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR3004439B1 (fr) Structure de stockage d&#39;ammoniac et systemes associes
FR3004440B1 (fr) Structure de stockage d&#39;ammoniac et systemes associes
EP2882685B1 (fr) Système de stockage et de délivrance d&#39;ammoniac gazeux
WO2018154051A1 (fr) Dispositif de stockage d&#39;hydrogène
WO2018154043A1 (fr) Système de stockage et de fourniture d&#39;hydrogène
FR3037942A1 (fr) Procede d’hydruration d’un compose intermetallique et dispositif d’hydruration.
WO2018154041A1 (fr) Dispositif de stockage d&#39;hydrogène
EP3041788B1 (fr) Regeneration d&#39;un piege pour impuretes dans l&#39;hydrogene utilisant la chaleur en sortie d&#39;un reservoir a hydrures
FR3004438B1 (fr) Structure de stockage d&#39;ammoniac et systemes associes
EP3488139A1 (fr) Module et systeme de depressurisation d&#39;un reservoir cryogenique.
EP3105808A1 (fr) Circuit de purge d&#39;une pile a combustible
WO2018154050A1 (fr) Système de stockage et de fourniture d&#39;hydrogène
FR3063331A1 (fr) Systeme d&#39;utilisation d&#39;hydrogene
WO2021170823A1 (fr) Procédé de charge ou recharge en ammoniac de cartouche de stockage d&#39;ammoniac et cartouche de stockage d&#39;ammoniac pour un système de conversion d&#39;ammoniac en énergie
RU2321796C1 (ru) Аккумулятор водорода
FR3119438A1 (fr) Reservoir ouvert a hydrogene
FR3103542A1 (fr) Dispositif radial de stockage thermique par sorption d’un fluide sur un matériau adsorbant
FR3141451A1 (fr) Procédé de contrôle de la pression intérieure d’un réservoir cryogénique
EP2749746B1 (fr) Unité de stockage d&#39;ammoniac et structure et système associés
FR3132706A1 (fr) Dispositif de stockage d’hydrogène sous forme solide
FR2987758A1 (fr) Reservoir de stockage de reducteur gazeux pour la reduction catalytique selective des oxydes d&#39;azote

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18705665

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18705665

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1