WO2018154051A1 - Dispositif de stockage d'hydrogène - Google Patents

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WO2018154051A1
WO2018154051A1 PCT/EP2018/054508 EP2018054508W WO2018154051A1 WO 2018154051 A1 WO2018154051 A1 WO 2018154051A1 EP 2018054508 W EP2018054508 W EP 2018054508W WO 2018154051 A1 WO2018154051 A1 WO 2018154051A1
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WO
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hydrogen
pressure
chamber
temperature
bar
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/054508
Other languages
English (en)
Inventor
Michael Francis Levy
Jorn OUBRAHAM
Carsten Pohlmann
Jean-Baptiste Dementhon
Original Assignee
Aaqius & Aaqius Sa
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Publication date
Application filed by Aaqius & Aaqius Sa filed Critical Aaqius & Aaqius Sa
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    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/0005—Reversible uptake of hydrogen by an appropriate medium, i.e. based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions, e.g. for hydrogen storage purposes ; Reversible gettering of hydrogen; Reversible uptake of hydrogen by electrodes
    • 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
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/01—Mounting arrangements
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—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:
  • first chamber in which the first material is disposed
  • the first material has, for the same temperature and the same hydrogen loading rate, a desorption equilibrium pressure strictly greater than that of the second material
  • the second material is in fluid communication with the first material, said fluid communication being direct or via fluidic communication means, so that the second material makes it possible to limit the pressure within the first chamber.
  • the first material and the second material are permanently maintained in fluid communication
  • the second material is disposed within the first chamber
  • a third material for the reversible storage of hydrogen by sorption the first material having, for the same temperature and the same degree of charge, a desorption equilibrium pressure strictly greater than that of the third material
  • the device comprising a second chamber in which the third material is disposed, the device comprising a non-return valve, called first non-return valve, adapted to allow the passage of a flow of hydrogen from the first chamber to the second chamber, a second chamber in which the second material is disposed, the device comprising a first non-return valve adapted to allow the passage of a flow of hydrogen from the first chamber to the second chamber the first non-return valve is adapted to allow the flow of hydrogen flow from the first chamber to the second chamber when the pressure in the first chamber exceeds an opening pressure
  • a second non-return valve adapted to allow the passage of a flow of hydrogen from the second chamber to the first chamber when the pressure in the second chamber exceeds the pressure in the first chamber
  • the first material and the second material are adapted to provide a flow of hydrogen sufficient for the start-up and / or operation of a hydrogen utilization unit, in particular for an inlet pressure of the unit greater than or equal to 1.5 bar, in particular at 2.5 bar, in particular at 5 bar, in particular at 10 bar,
  • the first material and / or the second material and / or the third material is adapted to form a metal hydride
  • a pressure relief valve adapted to allow the escape of gas, in particular beyond a threshold pressure, in particular between 20 and 90 bar,
  • the first material is closer to the heating means than the second material.
  • the invention also relates to a hydrogen storage and supply system comprising such a device and a unit for using hydrogen.
  • characteristics are advantageously supplemented by the following characteristics, taken alone or in any of their technically possible combinations:
  • control means adapted to control the device
  • the first material is closer to the heating means than the second material.
  • the invention further relates to a method of operating such a device or system.
  • FIG. 1 represents a device according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a diagrammatic representation of the pressure isotherms in bar as a function of the hydrogen concentration according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 3 diagrammatically shows the pressure, the temperature and the charge rate as a function of time according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 4 represents a device according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 5 is a diagrammatic representation of the pressure isotherms in bar as a function of the hydrogen concentration according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 6 is a diagrammatic representation of the pressure isotherms in bar as a function of the hydrogen concentration according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 7 is a diagrammatic representation of the pressure isotherms in bar as a function of the hydrogen concentration according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 8 is a diagrammatic representation of the pressure isotherms in bar as a function of the hydrogen concentration according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 9 is a diagrammatic representation of the pressure as a function of temperature according to an example; embodiment of the invention,
  • FIG. 10 represents a device according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 11 represents a system according to an exemplary embodiment of the invention
  • Figure 12 shows a method according to an exemplary embodiment of the invention.
  • FIGS. 1, 4 and 10 there is described a device 100 for storing hydrogen.
  • 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 reversible storage material.
  • 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 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).
  • the device 100 comprises a second material 12 and / or 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.
  • an initially loaded material 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 as being a reloading at a pressure less than or equal to 200 bar, in a temperature range suitable for reloading the material, for example at an optimum temperature for reloading the material at the pressure in question, 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 first material 1 1 1 differs for example from the second material by its thermodynamic properties for the sorption of hydrogen. Limitation of pressure within the first chamber
  • the first material 1 1 1 has, for example for the same temperature and for the same hydrogen loading rate, a hydrogen desorption equilibrium pressure strictly greater than that of the second material, and the second material is in fluid communication with the first material, said fluidic communication being for example direct or through fluidic communication means, so that the second material can limit the pressure within the first chamber.
  • thermodynamic properties allow the second material to have an effect on the pressure of the first chamber and to limit it.
  • the second material can thus, by its presence, capture and / or store a portion of the hydrogen that would otherwise be captured and / or stored by the first material each time that hydrogen is to be distributed in the device, which limits the charge rate of the first material and therefore the pressure associated with the first material.
  • the second material can be used to reversibly store hydrogen desorbed by the first material, and / or to exchange hydrogen with the first material.
  • the device for example the first material 1 1 1 and the second material 121, can thus be arranged so as to limit the amount of hydrogen gas and therefore to limit the pressure within the first chamber 1 10, for example when the first chamber 1 10 is subjected to a rise in temperature.
  • low temperature is meant for example a temperature less than or equal to 10 ° C, for example at 0 ° C, for example at -5 ° C, for example at -10 ° C, for example at -20 ° C.
  • 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 also makes it possible to dispense with binding conditions of storage and transport, particularly in terms of temperature.
  • 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 greater 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 gaseous hydrogen. 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 better security during storage while remaining efficient in terms of hydrogen supply and loading.
  • the same temperature and the same charge rate we mean a given temperature and a given charge rate.
  • the same temperature is for example between 40 ° C and 60 ° C, for example equal to 50 ° C.
  • the same charge rate is for example between 40% and 60%
  • 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.
  • the maximum mass, and therefore the charge rate is calculated at a reference pressure, for example 200 bar.
  • the first material 11 1 has, for example, a desorption equilibrium pressure at 50 ° C., at a loading rate of 50% at 50 ° C., which is strictly greater than that of the second material.
  • 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 release of hydrogen. 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 desorption equilibrium pressure is, for example, a dehydration equilibrium pressure.
  • the first material 1 1 1 has, for the same temperature and for the same charge rate, an equilibrium pressure of desorption and / or adsorption and / or absorption, for example of dehydruration and / or hydriding, strictly greater than that of the second material, for example at least 1 mbar, for example at least 10 mbar, for example at least 100 mbar, for example at least 1 mbar bar.
  • 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 fluidic communication means comprise for example one or more pipe (s) and / or one or more valve (s) connected so as to connect the two materials.
  • 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 1 12 and / or 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 1 12 and / or 121, and / or the first chamber 1 10.
  • the outer enclosure 130 forms for example a container .
  • the first material 1 1 1 and the second material may have different pressure / concentration isotherms, for example as illustrated in FIG. 2.
  • the first material 1 1 1 and the second material are for example adapted, for example adjusted relative to each other, to provide a flow of hydrogen sufficient for the start and / or the operation of the unit of use of hydrogen, for example at low temperature, for example for a use unit inlet pressure greater than or equal to 1.5 bar, for example 2.5 bar, for example 5 bar, for example at 10 bars.
  • the first material 1 1 1 and the second material are for example adapted, for example adjusted with respect to each other, to limit the increase in pressure and / or the pressure at high temperature, for example at a lower pressure. or equal to 90 bar, for example 60 bar, for example greater than or equal to 20 bar, for example 30 bar, for example about 35 bar, for example during storage of the device.
  • the desorption equilibrium pressure of the first material 1 1 1 and the desorption equilibrium pressure of the second material for example for the same temperature and / or for the same charge ratio, are for example adapted, for example example, with respect to each other, to provide such a sufficient flow of hydrogen and / or such limitation.
  • high temperature for example means a temperature strictly greater than the low temperature, for example a maximum temperature of use of the device.
  • maximum temperature of the device for example means a temperature at which the device is not damaged when it is placed in operation.
  • the high temperature and / or the maximum temperature is for example a temperature greater than or equal to 40 ° C, for example 50 ° C, for example 60 ° C, for example 70 ° C, for example less than or equal to 100 ° C, for example at 90 ° C, for example about 80 ° C.
  • the first material 1 1 1 and / or the second material comprises or is a hydrogen storage material, for example adapted to form a hydride, for example a metal hydride.
  • the first material 1 1 1 and / or the second material comprises or is for example a metal alloy, for example adapted to form a hydride, for example at room temperature.
  • the first material 1 1 1 and / or the second material comprises for example a powder.
  • the first material 1 1 1 and / or 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 first material 11 and / or the second material may comprise or consist of a metal alloy, for example an intermetallic compound, comprising iron and / or vanadium and / or titanium and / or zirconium and / or magnesium.
  • the first material 1 1 1 and / or the second material 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 and / or Mg type. , and / or the corresponding hydride (s).
  • the first material 1 1 1 and / or 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 and / or Mgh type, the form (s) corresponding dehydrogen (s).
  • the first material 1 1 1 and / or the second material may comprise or consist of a Ti (i -y ) Zry (MnVFe) 2 type alloy with y greater than or equal to 0 and y less than or equal to 1.
  • the first material 1 1 1 and the second material can comprise or be consisting of such an alloy, the first material 1 1 1 having a zirconium mass fraction strictly lower than that of the second material.
  • the base of the alloy of the first material 1 1 1 differs from the base of the alloy of the second material.
  • the base of the alloy of the first material 1 1 1 and the base of the alloy of the second material are identical, the first material 1 1 1 and the second material differing by at least one alloying element.
  • the device 100 may comprise means 213 for heating the first material 11 and / or the second material and / or a third material described below.
  • the device may be adapted to allow the heating of the first material 1 1 1 and / or the second material and / or the third material by heating means 213 of the system.
  • the heating means 213 are for example adapted to heat the first material 1 1 1 and / or the second material and / or the third material at an operating temperature of the first material 1 1 1 and / or the second material and / or third material.
  • 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 213 than the second material.
  • the first material 1 1 1 is for example disposed between the heating means 213 and the second material. 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. Hydrogen input and / or output means
  • the device 100 may comprise means of entry and / or exit of hydrogen 160, for example for charging hydrogen gas and / or hydrogen output 160, for example to discharge hydrogen gas.
  • the hydrogen inlet and / or outlet means 160 comprise, for example, an inlet and / or outlet valve.
  • the hydrogen input and / or 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 input and / or output 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 means of entry and / or exit of hydrogen 160 are for example movable between an open position, in which hydrogen can enter and / or exit the device by said means, and a closed position, in which the hydrogen can not enter and / or exit 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 towards the outside of the external enclosure 130, for example from so as to limit the pressure of the device and / or to avoid an overpressure of the device 100, for example beyond a first threshold pressure, for example greater than or equal to a critical pressure and / or an opening pressure such as defined below, and / or less than or equal to a maximum pressure of the device 100 as defined below.
  • the first threshold pressure is, for example, less than or equal to 90 bar, for example 60 bar, for example greater than or equal to 20 bar, for example 30 bar, for example about 35 bar.
  • the first material 1 1 1 and the second material January 12 are for example permanently maintained in fluid communication.
  • such a device has a structure having a lower manufacturing cost because of its simplified structure to a chamber.
  • the second material can thus by its presence capture and / or store a portion of the hydrogen that would otherwise be captured and / or stored by the first material each time that hydrogen has to be distributed in the device, which limits the charge rate of the first material and therefore the pressure associated with the first material.
  • the hydrogen is always stored in the two materials, the pressure limitation resulting from their mixing. Indeed, due to its strictly lower equilibrium pressure, the second material has during storage a higher loading rate of hydrogen than the first material. Thus, compared to a device where the space occupied by the second material would be occupied by the same material as the first material, the charge rate of the first material is here lower when the device is stored.
  • the device for example the first material 1 1 1 and the second material 121, can thus be arranged, so that, for a temperature less than or equal to a so-called critical temperature and for a quantity of hydrogen stored in the inside the device less than or equal to a so-called critical quantity, for example within the first chamber and / or a second chamber as defined below, for example by sorption and in gaseous form, the pressure within the first chamber remains lower than or equal to a so-called critical pressure.
  • the critical pressure corresponds to a predefined value and determined as critical for the device, for example while the device is stored, for example while the device is not in use, for example for the critical quantity and for the critical temperature.
  • the choice of the first and the second material thus makes it possible to control in advance the pressures to which the device will be subjected, which makes it possible to dimension the device accordingly and to ensure increased safety during the storage. Beyond this, for example when the temperature rises above the critical temperature so that the pressure exceeds the critical pressure, the safety can be ensured by the first pressure relief valve.
  • the critical pressure is, for example, less than or equal to 80 bars, for example less than or equal to 50 bars, for example greater than or equal to 20 bars, for example equal to 30 bars.
  • the critical pressure is typically strictly less than the maximum pressure of the device.
  • maximum pressure of the device for example means a pressure to which the device is not damaged when it is 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 35 bars.
  • the critical temperature is for example less than or equal to 100 ° C, for example greater than or equal to 60 ° C, for example greater than or equal to 80 ° C.
  • the critical quantity is, for example, equal to the sum of the quantity corresponding to a degree of charge greater than or equal to 50%, for example less than or equal to 90%, for example equal to 60% for the first material, and the quantity corresponding to a charge rate greater than or equal to 50%, for example less than or equal to 90%, for example equal to 80% for the second material, for example at the given temperature, for example at the critical temperature.
  • the device 100 is for example configured so that the first material January 1 and the second material January 12 are in areas maintained at the same pressure in real time, the pressure may for example vary.
  • the second material January 12 is for example disposed in another chamber maintained in fluid communication with the first chamber, the communication means comprising for example a channel, the channel having for example sufficient dimensions so that the pressure of the two rooms remain identical.
  • the mass fraction of the second material is for example between 20 and 80% of the first material 1 1 1, for example between 20 and 40% of the first material 1 1 1, for example between 60 and 80% of the first material 1 1 1.
  • Increasing the amount of second material allows even greater storage capacities. Increasing the amount of first material 1 1 1 further improves the ability of the device 100 to achieve sufficient flow at low temperatures.
  • the device 100 may comprise a second chamber 120.
  • the second material 121 is for example disposed within the second chamber.
  • the first material and the second material can then be arranged so that the second material reversibly stores hydrogen released by the first material, and thus absorb a potential overpressure.
  • the second chamber 120 has for example a volume strictly smaller than that of the first chamber 1 10, for example less than or equal to 80%, for example less than or equal to 50%, for example greater than or equal to 10% of the volume of the first room 1 10.
  • the second chamber 120 is for example a buffer chamber.
  • the device 100 may comprise a first non-return valve 140, which is part of the communication means, for example.
  • the first non-return valve 140 is for example adapted to allow the passage of a flow of hydrogen from the first chamber 1 10 to the second chamber 120.
  • the first non-return valve 140 is for example adapted to allow the passage a flow of hydrogen from the first chamber 1 10 to the second chamber 120 when the pressure in the first chamber 1 10 exceeds an opening pressure and / or when the temperature in the first chamber 1 10 exceeds a temperature of opening.
  • the opening pressure is, for example, less than or equal to 80 bar, for example 55 bar, for example 30 bar.
  • the opening temperature is for example between 60 ° C and 70 ° C.
  • the first non-return valve 140 is for example a differential pressure valve.
  • a critical pressure can here be defined as a pressure which corresponds to a predefined value and determined as critical for the device, for example while the device is stored, for example while the device is not in use, by example for the critical quantity and for the critical temperature as defined above.
  • the critical pressure is for example between the opening pressure and the first threshold pressure, for example 10% greater than the opening pressure. It is thus possible to dimension the device so that its pressure remains below a predetermined pressure under predetermined storage conditions.
  • the device 100 may comprise a second non-return valve
  • the second non-return valve 150 which is part of the means of communication, for example.
  • the second non-return valve 150 is for example adapted to allow the passage of a flow of hydrogen from the second chamber 120 to the first chamber 1 10 when the pressure in the second chamber 120 exceeds the pressure in the first chamber 1 10 .
  • the second non-return valve 150 is for example a check valve.
  • the second material 121 is for example configured so as to be able to absorb the hydrogen released from the first material so as to present and / or not to exceed the first threshold pressure, and / or a second threshold pressure as described above. after, and / or the maximum pressure of the device in the first chamber 1 10, for example at the maximum temperature.
  • the mass fraction of second material 121 is for example less than 50%, for example 40%, for example 30% of the first material 11 1.
  • 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 120, for example in order to limit the pressure of the device and / or to avoid a overpressure of the device 100, for example beyond a second threshold pressure greater than the opening pressure and / or less than or equal to the maximum pressure of the device 100.
  • the second threshold pressure is, for example, less than or equal to 90 bar, for example 60 bar, for example greater than or equal to 20 bar, for example 30 bar, for example about 35 bar.
  • One or more filter element (s) comprising one or more filters is or are for example arranged (s) between the first chamber 1 10 and the second chamber 120, for example at the level of the first non-return valve 140 and / or of the second non-return valve 150.
  • the filter element is for example adapted to allow the passage of hydrogen gas and / or to prevent the passage of particles of the first material or the second material.
  • the filter element is for example adapted to prevent the passage of material in the solid state, for example the first material and / or the second material.
  • the filter element may comprise a porous material, for example one or more porous section pipe (s), and / or a fiber fabric or nonwoven, and / or a corrugated sheet, for example a corrugated sheet, and / or one or more foam (s) and / or one or more wired structure (s).
  • a porous material for example one or more porous section pipe (s), and / or a fiber fabric or nonwoven, and / or a corrugated sheet, for example a corrugated sheet, and / or one or more foam (s) and / or one or more wired structure (s).
  • the first material 1 1 1 and the second material January 12 are for example permanently maintained in fluid communication as described above.
  • the device 100 may further comprise the second material 121 disposed within the second chamber as described above.
  • the second material 121 thus forms a third material.
  • 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 fluidic communication is performed by the first fluid communication means 240 and a closed position in which the fluidic 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 100, for example the heating means 213 of the device 100 or of the system 200.
  • the control means 270 may, for example, control the unit for using hydrogen 230.
  • control 170 may for example control the fluid communication means 240, for example the locking 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 of activating the device.
  • the method may comprise a step 1303 for charging the device 100 and / or the first material 11 and / or the second material with hydrogen.
  • the first material 1 1 1 and the second material are for example loaded into the device 100 so as to ensure a maximum storage capacity and so that the first and / or second threshold pressure, for example the maximum pressure. the device is not exceeded for a given temperature, for example less than 35 bar at 80 ° C.
  • the method may comprise a step 304 for storing and / or transporting the device 100.
  • the device 100 may be subject to temperature variations.
  • the method may include a step 1305 of installing the device at the system 200.
  • the method may comprise a step 1306 for using the device 100.
  • the step 1306 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 from so as to heat the first material 1 1 1 and / or the second material, for example the first chamber 1 10 and / or the second chamber 120.
  • the step 1306 of use may comprise a substep of starting the device 100, for example by means of the first material January 1, which has for example an equilibrium pressure sufficiently large to allow starting even at low temperatures in providing sufficient hydrogen at sufficient pressure and flow.
  • the step 1306 of use may comprise an operating sub-step in which the heating means 213 maintain the equilibrium pressure of the first material in the first chamber 1 10 sufficiently high to ensure the desorption, for example the dehydration, by example the complete discharge in hydrogen, the first material 1 1 1.
  • the steps 1303 and / or 1304 and / or 1305 and / or 1306 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 1307 for removing the device 100 from the system 100.
  • the method may comprise a step 1307 for removing the device 100 and replacing the device 100, the steps 1303 and / or 1304 and / or 1305 and / or 1306 being applied to the device 100 replacing the one that has already been used.
  • the device 100 may undergo an increase and / or a decrease in the temperature within the first chamber 1 10 and / or the second chamber 120 .
  • the device here allows a satisfactory storage capacity and can provide hydrogen at a satisfactory flow and pressure, even if starting at low ambient temperatures, without present a safety risk, especially when stored in an area where the temperature increases abnormally.
  • the first material 1 1 1 and the second material January 12 are for example permanently maintained in fluid communication
  • at least one or more steps of the method for example the step 1303 and / or 1304 and / or 1305 and / or 1306 and / or 1307 is for example defined by a pressure of the system which defines the charge rate for the two materials.
  • the first material 1 1 1 and the second material 1 12 may have different charge rates due to their different thermodynamic behavior.
  • the device with the first material 1 1 1 and the second material 1 12 can however be treated as a device with a material.
  • the hydrogen distribution is carried out passively between the two materials. Such an operation is for example illustrated in FIG.
  • FIG. 3 An increase in temperature occurring during the storage step 1304 is illustrated in FIG. 3.
  • the pressure increase resulting from an increase in temperature is in this case the highest that the device 100 can encounter over its entire life cycle, since its hydrogen loading rate is maximum. Any subsequent decrease in this charge rate, for example following a use step 1306 of the device 100, will lead to a smaller increase in pressure during another temperature rise.
  • the variations in the charge rate of the first material 1 1 1 and / or the charge rate of the second material 12 are less than or equal to 10%, for example 5%, for example 3%.
  • the loading step 1303 is for example made so that only the first chamber 1 10 is loaded and / or so that the second chamber 120 remains empty.
  • the opening pressure for example of the anti-return valve 140 may correspond to a certain so-called opening temperature of the first material January 1 in the first chamber 1 10 when the first material January 1 reaches said opening pressure.
  • the first non-return valve 140 is not open and the second chamber 120 remains at atmospheric pressure.
  • the inlet pressure of the hydrogen utilization unit for example corresponding to the equilibrium pressure of a second discharged material 121.
  • hydrogen is released from the first material 1 1 1 and transferred by the first non-return valve 140 the second material 121 in the second chamber 120, the second material 121 absorbing the transferred hydrogen.
  • the pressures of the first chamber 1 10 and the second chamber 120 are equalized by means of the second non-return valve 150.
  • the operating sub-step of the use step 1306 can comprise the desorption, for example total, of the second material 121 possibly loaded with hydrogen, for example previously loaded during the storage step 1304, the desorption of the second material 121 is for example when the pressure of the first chamber 1 10 becomes lower than the pressure of the second chamber 120, for example and less than the equilibrium pressure of the second material at the temperature in the second chamber 120 and the loading.
  • the heat has been sufficiently transmitted to the first chamber 1 1 0 and the second chamber 1 20 to allow an increase in the equilibrium pressure and to allow the discharge of most of the hydrogen stored by the second material 121.
  • 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 1304.
  • the method may comprise one or more steps corresponding to the operation of the device as described above.
  • the first material 1 1 1 and the second material January 12 are for example permanently maintained in fluid communication.
  • the first material 1 1 1 and the second material 1 12 are for example arranged within the first chamber 1 10.
  • the first material 1 1 1 and the second material 1 12 may consist of a type of alloy Ti (i -y ) Zry (MnVFe) 2 with y greater than or equal to 0 and y less than or equal to 1, the first material 1 1 1 having a zirconium mass fraction strictly lower than that of the second material, for example with xy ⁇ 0.1 and x> y.
  • the first material and the second material differ in the equilibrium pressure behavior as illustrated in FIG. 2, which represents pressure isotherms in bar as a function of the concentration of hydrogen in mass percentage at 80 ° C. (FIG.
  • Figure 2 further shows the charging pressure.
  • Figure 2 further represents the critical pressure.
  • the first material 1 1 1 and the second material 1 12 are for example in the first chamber 1 10.
  • the unit for using hydrogen 230 is, for example, a fuel cell.
  • the heating means 213 are adapted to heat the first material January 1 and the second material at a nominal operating temperature of 50 ° C.
  • 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.
  • FIG. 3 represents, for example, the evolution of the pressure in bars and of the temperature in degrees Celsius within the first chamber 1 10, and the hydrogen loading rate of the first material 1 1 1 and the second material 1 12, as a function of the time in minutes, during the steps 1303 of loading, 1304 of storage, 1305 of setting up and 1306 of use.
  • the first material 1 1 1 and the second material 1 12 are loaded according to step 1303 in a specific manner so as to ensure a maximum storage capacity and a pressure of less than 35 bar at 80 ° C when the device is fully loaded.
  • the device is, for example, loaded at 80 ° C. at a pressure greater than 30 bars, for example about 35 bars, so as to reach a hydrogen storage capacity of the order of 1.1% by mass for the first material.
  • 1 1 1 in the fully charged state at a pressure less than or equal to 35 bar and for a storage up to 80 ° C, and for example a hydrogen storage capacity of the order of 1, 5% by mass for the second material 1 12.
  • step 1303 is carried out, for example, until a loading of 62% is obtained for the first material 11 1 and 84% for the second material.
  • the hydrogen supply is stopped, for example, when the charge rate of the materials remains stable.
  • the capacity of the device 100 is then for example a function of the mass fractions of the first material 1 1 1 and the second material 1 12.
  • the use of a larger relative quantity of the second material 1 12 with respect to the first material 1 1 1 allows to increase the storage capacity while maintaining a low storage pressure at 80 ° C.
  • the first material 1 1 1 remains for example in an amount sufficient to ensure a sufficient supply of hydrogen at low temperature.
  • the mass ratio of second material 1 12 relative to the first material January 1 is for example of the order of 2/1, for example so as to achieve a combined storage capacity of about 1, 35 mass%.
  • step 1304 includes, for example, an increase to about 80 ° C because of exposure to this temperature or a slightly higher temperature.
  • the pressure then increases depending on the temperature.
  • the first material 1 1 1 weakly releases hydrogen which is captured by the second material 1 12.
  • the increase in temperature can be followed by a decrease in temperature, which is accompanied by a reduction in pressure.
  • FIG. 7 is a diagrammatic representation of the pressure isotherms in bar as a function of the hydrogen concentration, with the device 100 with reference to FIG. 1 or 4.
  • the device 100 is for example used (step 1306), for example to an operating temperature of 50 ° C.
  • the device 100 is for example considered as fully loaded when the first material 11 1 is loaded to 1, 1% by mass and the second material is loaded to 1, 5% by mass.
  • the first material 11 may for example be discharged to 0.21% by weight and the second material 112 may, for example, be discharged to 0.26% by mass. .
  • the first material 1 1 1 discharges for example first. Once the pressure during unloading falls below the equilibrium pressure of the second material January 12, the second material January 12 provides for example also hydrogen.
  • Figure 9 diagrammatically shows the pressure in bar as a function of temperature between -20 ° C and 80 ° C.
  • the pressure is for example less than 2 bars below -10.4 ° C.
  • the evolutions described here are examples of values for a device whose hydrogen has not been consumed.
  • the second material 121 is for example disposed within the second chamber 120.
  • the first material 1 1 1 and the second material 121 may consist of a type of alloy Ti (i -y ) Zry (MnVFe) 2 with y greater than or equal to 0 and y less than or equal to 1, the first material 1 1 1 having a zirconium mass fraction strictly lower than that of the second material 121, for example with xy ⁇ 0.1 and x> y.
  • the first material and the second material differ in the equilibrium pressure behavior as illustrated in FIG. 2, which represents pressure isotherms in bar as a function of the hydrogen concentration in mass percentage at 80 ° C, the solid curves representing the isotherms for the hydriding and dehydriding for the first material and the curves interrupted the isotherms for the hydriding and dehydriding of the second material.
  • the device 100 may comprise one or more thermally conductive material (s) and / or one or more material (s) improving performance retention during cycles and / or permeability and / or other functions relevant to the application. considered.
  • the mass ratio of second material 121 relative to the first material 1 1 1 is of the order of 27%.
  • the maximum hydrogen capacity for such a device 1 10, that is to say corresponding to a charge rate of 100%, is about 1.2% by mass.
  • the unit for using hydrogen 230 is, for example, a fuel cell.
  • the heating means 213 are adapted to heat the first material 1 1 1 and / or the second material 121 at a nominal operating temperature of 50 ° C.
  • FIG. 5 is a diagrammatic representation of the pressure isotherms in bar as a function of the hydrogen concentration, for example with the same materials as the first material and the second material of FIGS. 2 and 3, with the difference that they are arranged respectively in the first chamber 1 10 and in the second chamber 120, and that their mass ratio differs.
  • the device 100 is for example loaded (step 1303) at about 50 ° C., for example so that that the first material 1 1 1 contains 1.5% by weight of hydrogen.
  • the device 100 is for example exposed to a rise in temperature, for example up to 80 ° C.
  • This rise in temperature causes a rise in pressure within the first chamber 1 10, for example at least up to the opening pressure, for example up to 30 bar, the first non-return valve 140 then opening to allow a transfer of hydrogen to the second chamber 120.
  • the pressure is exponential function of the temperature.
  • the opening pressure, for example 30 bar is for example reached for the first time during the rise to a temperature greater than or equal to 65 ° C.
  • approximately 0.4% by weight of hydrogen at 80 ° C stored in the first material 11 1 must be transferred to the second material 121 to remain at the opening pressure.
  • the second material 121 has for example a behavior in terms of equilibrium pressure allowing the storage of about 1.5% by weight of hydrogen at 30 bars and 80 ° C.
  • the second material 121 may have a mass corresponding to about 27% of the mass of the first material 1 1 1, which is for example sufficient to store the hydrogen thus released. Because of this additional mass, the combined storage capacity is, for example, reduced to 1.2% by mass.
  • the first material 1 1 1 is found for example discharged by 0.4% by weight while the second material 121 is for example fully loaded.
  • the first chamber 1 10 and the second chamber 120 are then for example at the same pressure, for example about 30 bars.
  • FIG. 6 is a diagrammatic representation of the pressure isotherms in bar as a function of the hydrogen concentration, for example with the same device as in FIG. 5.
  • the situation after storage (step 1303) as described previously with reference to FIG. FIG. 5 is for example such that the device 100 has been exposed to first temperature rise up to 80 ° C.
  • the device 100 is then for example subjected to a decrease in the temperature, for example up to 20 ° C, for example so that the equilibrium pressure of the first material 1 1 1 and the second material 121 also decreases.
  • the first material 1 1 1 and the second material 121 absorb for example hydrogen in their respective chambers, for example so as to reduce the pressures of the first chamber 1 10 and the second chamber 1 20.
  • the amount of hydrogen gas phase is generally much lower than that stored in the first material 1 1 1 and the second material 121, the increase of the amount of hydrogen stored in the first material 1 1 1 and the second material 121 is for example very weak.
  • a device 100 having about 40% free volume, by absorbing 0.04 g of hydrogen to reduce a pressure of 30 bar at 80 ° C to 15 bar at 20 ° C which corresponds for example to less than 0.03% by mass of change of the content stored in the first material 1 1 1 and the second material 121.
  • fluid connection between two elements means any means of fluid communication adapted to put in fluid communication the two elements.
  • the means of For example, fluid communication may comprise one or more pipes and / or one or more valves.
  • FIG. 7 is a diagrammatic representation of the pressure isotherms in bar as a function of the hydrogen concentration.
  • the device 100 is for example used (step 1306), for example at an operating temperature of 50 ° C.
  • the first material 1 1 1 is for example charged to 1, 1% by mass and the second material 121 is for example charged to 1, 5% by weight, for example after exposure to at most 80 ° C.
  • the first material 11 may for example be discharged to 0.21% by weight and the second material 121 may for example be discharged to 0.26% by mass.
  • the first material 1 1 1 discharges for example first.
  • the first material also provides, for example, also hydrogen, for example by opening the second non-return valve 150.
  • FIG. 8 is a diagrammatic representation of pressure isotherms in bar as a function of the hydrogen concentration. Equilibrium desorption pressures at 10 ° C for the first material 1 1 1 and at 20 ° C for the second material 121 are shown.
  • the first material 1 1 1 ensures that the supply of hydrogen can be controlled at low temperature.
  • the equilibrium pressure at 10 ° C is almost equal to that at 20 ° C.
  • the actual pressure of the device 100 is for example a function of the equilibrium pressures and the level of charge of the first material 1 1 1 and the second material 121.
  • the pressure is for example determined by the first material as long as no increase in temperature above a certain threshold, for example 65 ° C., has occurred.

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Abstract

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

Description

DISPOSITIF DE STOCKAGE D'HYDROGENE
Domaine de l'invention L'invention concerne un dispositif de stockage d'hydrogène.
L'invention concerne également un système et un procédé associés.
Etat de l'art II existe des dispositifs de stockage d'hydrogène. Ces dispositifs peuvent comprendre un matériau solide permettant de stocker l'hydrogène.
Ces dispositifs doivent obéir à de multiples contraintes, liées à l'utilisation à laquelle ils sont destinés, par exemple des conditions de stockage ou d'utilisation particulières, par exemple une utilisation dans un véhicule à moteur et/ou pour alimenter une pile à combustible, à des températures ambiantes variables, par exemple relativement basses.
Une capacité de stockage et un débit suffisants pour assurer l'utilisation envisagée sont donc requis. Cependant le stockage d'une grande quantité d'hydrogène peut poser des problèmes de sécurité, notamment lorsque le dispositif doit pouvoir être utilisé ou être stocké sous des températures élevées. 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 d'hydrogène par sorption, un deuxième matériau de stockage réversible d'hydrogène par sorption, et
une chambre, dite première chambre, au sein de laquelle le premier matériau est disposé,
dans lequel
le premier matériau a, pour une même température et un même taux de charge en hydrogène, une pression d'équilibre de désorption strictement supérieure à celle du deuxième matériau, et
- le deuxième matériau est en communication fluidique avec le premier matériau, ladite communication fluidique étant directe ou se faisant par l'intermédiaire de moyens de communication fluidique, de sorte que le deuxième matériau permet de limiter la pression au sein de la première chambre.
Ces caractéristiques sont avantageusement complétées par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leurs combinaisons techniquement possibles :
- le premier matériau et le deuxième matériau sont maintenus en permanence en communication fluidique,
- le deuxième matériau est disposé au sein de la première chambre,
- un troisième matériau de stockage réversible d'hydrogène par sorption, le premier matériau ayant, pour une même température et un même taux de charge, une pression d'équilibre de désorption strictement supérieure à celle du troisième matériau, le dispositif comprenant une deuxième chambre au sein de laquelle le troisième matériau est disposé, le dispositif comprenant une valve anti-retour, dite première valve-anti-retour, adaptée pour permettre le passage d'un flux d'hydrogène de la première chambre vers la deuxième chambre, une deuxième chambre au sein de laquelle le deuxième matériau est disposé, le dispositif comprenant une première valve-anti-retour adaptée pour permettre le passage d'un flux d'hydrogène de la première chambre vers la deuxième chambre, la première valve-anti-retour est adaptée pour permettre le passage d'un flux d'hydrogène de la première chambre vers la deuxième chambre lorsque la pression dans la première chambre dépasse une pression d'ouverture,
une deuxième valve anti-retour adaptée pour permettre le passage d'un flux d'hydrogène de la deuxième chambre vers la première chambre lorsque la pression dans la deuxième chambre dépasse la pression dans la première chambre, le premier matériau et le deuxième matériau sont adaptés pour fournir un flux d'hydrogène suffisant pour le démarrage et/ou le fonctionnement d'une unité d'utilisation d'hydrogène, en particulier pour une pression d'entrée de l'unité supérieure ou égale à 1 ,5 bars, en particulier à 2,5 bars, en particulier à 5 bars, en particulier à 10 bars,
le premier matériau et/ou le deuxième matériau et/ou le troisième matériau est adapté pour former un hydrure métallique,
une valve de surpression adaptée pour permettre l'échappement de gaz, en particulier au-delà d'une pression de seuil, en particulier comprise entre 20 et 90 bars,
des moyens de chauffage du premier matériau et/ou du deuxième matériau et/ou du troisième matériau, - le premier matériau est plus proche des moyens de chauffage que le deuxième matériau.
L'invention concerne également un système de stockage et de fourniture d'hydrogène comprenant un tel dispositif et une unité d'utilisation d'hydrogène. 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 et/ou du troisième matériau,
- le premier matériau est plus proche des moyens de chauffage que le deuxième matériau.
L'invention concerne en outre un procédé de fonctionnement d'u tel dispositif ou d'un tel système.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront lors de la description ci-après d'un mode de réalisation. Aux dessins annexés :
- la figure 1 représente un dispositif selon un exemple de mode de réalisation de l'invention,
- la figure 2 représente sous forme de diagramme des isothermes de pression en bar en fonction de la concentration en hydrogène selon un exemple de mode de réalisation de l'invention, la figure 3 représente sous forme de diagramme la pression, la température et le taux de charge en fonction du temps selon un exemple de mode de réalisation de l'invention,
la figure 4 représente un dispositif selon un exemple de mode de réalisation de l'invention,
la figure 5 représente sous forme de diagramme des isothermes de pression en bar en fonction de la concentration en hydrogène selon un exemple de mode de réalisation de l'invention, la figure 6 représente sous forme de diagramme des isothermes de pression en bar en fonction de la concentration en hydrogène selon un exemple de mode de réalisation de l'invention, la figure 7 représente sous forme de diagramme des isothermes de pression en bar en fonction de la concentration en hydrogène selon un exemple de mode de réalisation de l'invention, la figure 8 représente sous forme de diagramme des isothermes de pression en bar en fonction de la concentration en hydrogène selon un exemple de mode de réalisation de l'invention, la figure 9 représente sous forme de diagramme la pression en fonction de la température selon un exemple de mode de réalisation de l'invention,
la figure 10 représente un dispositif selon un exemple de mode de réalisation de l'invention,
la figure 1 1 représente un système selon un exemple de mode de réalisation de l'invention,
la figure 12 représente un procédé selon un exemple de mode de réalisation de l'invention.
Description détaillée de l'invention
Dispositif de stockage d'hydrogène Présentation générale
En référence aux figures 1 , 4 et 10, il est décrit un dispositif 100 de stockage d'hydrogène.
Le dispositif 100 est par exemple adapté pour fournir de l'hydrogène à une unité d'utilisation d'hydrogène telle que décrite ci-après. Le dispositif 100 est par exemple configuré pour faire partie d'un système tel que décrit ci-après. Le dispositif 100 est par exemple configuré pour former un dispositif échangeable et/ou amovible du système tel que décrit ci-après. Le dispositif forme par exemple une cartouche.
Premier matériau Le dispositif 100 comprend un premier matériau 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 réversible. 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.
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 1 12 et/ou 121 de stockage d'hydrogène. Le deuxième matériau est par exemple un matériau de stockage réversible d'hydrogène, par exemple par sorption.
Le deuxième matériau peut être un matériau solide ou sous forme de gel. Le deuxième matériau peut être un matériau de stockage par adsorption et/ou absorption. Le deuxième matériau peut être un matériau de stockage par hydruration et/ou déshydruration.
Par réversible, on entend qu'un matériau initialement chargé et qui a été au moins partiellement déchargé peut être au moins partiellement rechargé dans le milieu dans lequel est placé le matériau, par exemple un milieu constitué de dihydrogène gazeux.
On peut par convention définir le rechargement partiel comme étant un rechargement à une pression inférieure ou égale à 200 bars, dans une plage de température adaptée pour le rechargement du matériau, par exemple à une température optimale pour le rechargement du matériau à la pression considérée, par exemple de sorte à atteindre un taux de charge donné, par exemple 50%, par exemple de sorte à augmenter le taux de charge d'un pourcentage donné par exemple d'au moins 10%.
Le premier matériau 1 1 1 diffère par exemple du deuxième matériau par ses propriétés thermodynamiques pour la sorption de l'hydrogène. Limitation de la pression au sein de la première chambre
Le premier matériau 1 1 1 a, par exemple pour une même température et pour un même taux de charge en hydrogène, une pression d'équilibre de désorption en hydrogène strictement supérieure à celle du deuxième matériau, et le deuxième matériau est en communication fluidique avec le premier matériau, ladite communication fluidique étant par exemple directe ou se faisant par l'intermédiaire de moyens de communication fluidique, de sorte que le deuxième matériau permet de limiter la pression au sein de la première chambre.
En effet, ces différences de propriétés thermodynamiques permettent au deuxième matériau d'avoir un effet sur la pression de la première chambre et de la limiter.
Par exemple, le deuxième matériau peut ainsi de par sa présence capter et/ou stocker une partie de l'hydrogène qui serait autrement capté et/ou stocké par le premier matériau à chaque fois que de l'hydrogène doit être réparti dans le dispositif, ce qui limite le taux de charge du premier matériau et donc la pression associée au premier matériau.
Alternativement ou en complément, le deuxième matériau peut permettre de stocker de manière réversible de l'hydrogène désorbé par le premier matériau, et/ou d'échanger de l'hydrogène avec le premier matériau.
Le dispositif, par exemple le premier matériau 1 1 1 et le deuxième matériau 121 , peut ainsi être agencé de sorte à limiter la quantité d'hydrogène gazeux et donc de limiter la pression au sein de la première chambre 1 10, par exemple lorsque la première chambre 1 10 est soumise à une montée en température.
Il est ainsi possible d'obtenir un dispositif présentant une capacité de stockage satisfaisante et pouvant fournir de l'hydrogène à un débit et une pression satisfaisantes, même en cas de démarrage à des températures ambiantes basses, sans présenter de risque de sécurité, notamment lorsqu'il est stocké dans une zone où la température augmente anormalement.
Par basse température, on entend par exemple une température inférieure ou égale à 10°C, par exemple à 0°C, par exemple à -5°C, par exemple à -10°C, par exemple à -20°C.
Il est ainsi possible de mettre en œuvre un système qui ne repose pas uniquement sur de faibles pressions d'équilibre, ce qui limiterait la pression et le débit de fourniture d'hydrogène, la quantité pouvant être effectivement fournie, et/ou les conditions de fonctionnement. En outre, l'usage uniquement de matériaux à faibles pressions d'équilibre provoquerait un risque de vide à basse température, et donc un risque accru de contamination, et donc de sécurité.
Un tel dispositif permet également de se passer de soupape de sûreté, ou du moins d'en limiter l'usage à des cas extrêmes. Ceci permet d'éviter ou de limiter les inconvénients associés à une telle soupape, tels que des pertes d'hydrogène dès que la température augmente, les risques de sécurité qu'impliquent de tels dégagements d'hydrogène, et les risques liés au défaut de fonctionnement de telles soupapes, et les opérations de maintenance sur de telles soupapes qui seraient nécessaires, ainsi que les risques de défaut de fonctionnement de telles soupapes liées au rejet de matières solides lors du rejet d'hydrogène. Un tel dispositif permet également de s'affranchir de conditions contraignantes de stockage et de transport, notamment en termes de température. Ceci permet d'éviter ou de limiter les inconvénients associés à de telles contraintes, telles que la complexité de mettre en 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 stockage volumétrique, et une réduction d'efficacité et du transfert de chaleur résultant du chauffage d'une plus grande quantité de matière sans fonction de stockage. En outre, il est ainsi possible d'éviter l'importante augmentation de masse associée aux conteneurs spécialement renforcés et les inconvénients qu'elle présente pour l'utilisateur, ainsi que la nécessité de dimensionner également l'entrée et/ou la sortie du dispositif pour résister aux conditions envisagées, notamment à des pressions élevées.
Un tel dispositif est également plus avantageux que de réaliser un dispositif avec un volume additionnel non occupé par un matériau de stockage. En effet, il est ainsi possible d'éviter une réduction drastique de la capacité de stockage volumétrique et une réduction de la capacité de de stockage gravimétrique. Il est ainsi possible de proposer une solution plus avantageuse, le volume additionnel n'offrant qu'un avantage limité en termes de réduction de pression de par la faible densité de l'hydrogène gazeux. En outre, il est ainsi possible d'éviter l'augmentation de masse et de volume associée à un conteneur ayant un plus grand volume interne et les inconvénients qu'elle présente pour l'utilisateur.
Un tel dispositif permet ainsi une meilleure tolérance aux températures élevées et/ou une meilleure sécurité lors du stockage tout en restant performant en termes de fourniture d'hydrogène et de chargement. Par la même température et le même taux de charge, on entend une température donnée et un taux de charge donné.
La même température est par exemple comprise entre 40°C et 60°C, par exemple égale à 50°C.
Le même taux de charge est par exemple compris entre 40% et
60%, par exemple sensiblement égal à 50 %.
Le taux de charge est par exemple exprimé en pourcentage.
Le taux de charge peut être défini comme le ratio de la masse d'hydrogène introduite dans le système sur la masse maximum d'hydrogène que le système peut contenir, à la température donnée.
On peut, par convention, définir que la masse maximum, et donc le taux de charge, est calculé à une pression de référence, par exemple 200 bars.
Le premier matériau 1 1 1 a par exemple une pression d'équilibre de désorption à 50°C, à un taux de charge de 50% à 50°C, strictement supérieure à celle du deuxième matériau.
Par pression d'équilibre de désorption d'un matériau à une température donnée et à un taux de charge donné, on entend la pression minimum de gaz exercée sur le matériau pour laquelle il n'y a pas de libération d'hydrogène. A une pression infinitésimalement 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.
La pression d'équilibre de désorption est par exemple une pression d'équilibre de déshydruration.
Par exemple, le premier matériau 1 1 1 a, pour une même température et pour un même taux de charge, une pression d'équilibre de désorption et/ou d'adsorption et/ou d'absorption, par exemple de déshydruration et/ou d'hydruration, strictement supérieure à celle du deuxième matériau, par exemple d'au moins 1 mbar, par exemple d'au moins 10 mbar, par exemple d'au moins 100 mbar, par exemple d'au moins 1 bar.
Par communication fluidique directe entre deux matériaux de stockage d'hydrogène, on entend par exemple que les deux matériaux peuvent être en contact ou mis en contact, ou qu'ils peuvent être disposés à distance l'un de l'autre dans le même espace sans obstacle empêchant la circulation de gaz, par exemple d'hydrogène, entre les deux matériaux.
Par moyens de communication fluidique entre deux matériaux, on entend toute structure permettant de mettre en œuvre une communication fluidique entre les deux matériaux, la communication fluidique pouvant être ou non permanente. Les moyens de communication fluidique comprennent par exemple une ou plusieurs canalisation(s) et/ou une ou plusieurs valve(s) connectées de sorte à relier les deux matériaux.
Enceinte externe
Le dispositif 100 comprend par exemple une enceinte externe 130, qui forme par exemple une enveloppe externe du dispositif. Le premier matériau 1 1 1 et/ou le deuxième matériau 1 12 et/ou 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 1 12 et/ou 121 , et/ou de la première chambre 1 10. L'enceinte externe 130 forme par exemple un conteneur.
Conditions d'utilisation Le premier matériau 1 1 1 et le deuxième matériau peuvent présenter des isothermes pression/concentration différents, par exemple tels qu'illustrés à la figure 2.
Le premier matériau 1 1 1 et le deuxième matériau sont par exemple adaptés, par exemple ajustés l'un par rapport à l'autre, pour fournir un flux d'hydrogène suffisant pour le démarrage et/ou le fonctionnement de l'unité d'utilisation d'hydrogène, par exemple à basse température, par exemple pour une pression d'entrée d'unité d'utilisation supérieure ou égale à 1 ,5 bars, par exemple à 2,5 bars, par exemple à 5 bars, par exemple à 10 bars.
Le premier matériau 1 1 1 et le deuxième matériau sont par exemple adaptés, par exemple ajustés l'un par rapport à l'autre, pour limiter l'augmentation de pression et/ou la pression à haute température, par exemple à une pression inférieure ou égale à 90 bars, par exemple à 60 bars, par exemple supérieure ou égale à 20 bars, par exemple à 30 bars, par exemple d'environ 35 bars, par exemple lors du stockage du dispositif. En particulier, la pression d'équilibre de désorption du premier matériau 1 1 1 et la pression d'équilibre de désorption du deuxième matériau, par exemple pour une même température et/ou pour un même taux de charge, sont par exemple adaptées, par exemple ajustées l'une par rapport à l'autre, pour fournir un tel flux d'hydrogène suffisant et/ou une telle limitation.
Par haute température, on entend par exemple une température strictement supérieure à la basse température, par exemple une température maximale d'utilisation du dispositif. Par température maximale du dispositif, on entend par exemple une température à laquelle le dispositif n'est pas endommagé lorsqu'il est placé en fonctionnement. La haute température et/ou la température maximale est par exemple une température supérieure ou égale à 40°C, par exemple à 50°C, par exemple à 60°C, par exemple à 70°C, par exemple inférieure ou égale à 100°C, par exemple à 90°C, par exemple environ 80°C. Hydrure
Le premier matériau 1 1 1 et/ou le deuxième matériau comprend ou est un matériau de stockage d'hydrogène, par exemple adapté pour former un hydrure, par exemple un hydrure métallique.
Le premier matériau 1 1 1 et/ou le deuxième matériau comprend ou est par exemple un alliage métallique, par exemple adapté pour former un hydrure, par exemple à température ambiante.
Le premier matériau 1 1 1 et/ou le deuxième matériau comprend par exemple une poudre.
Le premier matériau 1 1 1 et/ou 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 premier matériau 1 1 1 et/ou le deuxième matériau peut comprendre ou être constitué d'un alliage métallique, par exemple un composé intermétallique, comprenant du fer et/ou du vanadium et/ou du titane et/ou du zirconium et/ou du magnésium. Le premier matériau 1 1 1 et/ou le deuxième matériau peut comprendre ou être constitué d'au moins un alliage de type LaNis et/ou FeTi et/ou TiCr et/ou TiV et/ou TiZr et/ou TiMn2 et/ou Mg, et/ou le ou les hydrure(s) correspondant(s). Le premier matériau 1 1 1 et/ou le deuxième matériau 121 peut également comprendre ou être constitué d'au moins un hydrure de type NaAIH4 et/ou L1NH2 et/ou LiBH4 et/ou Mgh , la ou les forme(s) déshydrogénée(s) correspondante(s). Le premier matériau 1 1 1 et/ou le deuxième matériau 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 premier matériau 1 1 1 et le deuxième matériau peut comprendre ou être constitué d'un tel alliage, le premier matériau 1 1 1 ayant une fraction massique en zirconium strictement inférieure à celle du deuxième matériau. Par exemple, la base de l'alliage du premier matériau 1 1 1 diffère de la base de l'alliage du deuxième matériau. Par exemple, la base de l'alliage du premier matériau 1 1 1 et la base de l'alliage du deuxième matériau sont identiques, le premier matériau 1 1 1 et le deuxième matériau différant par au moins un élément d'alliage.
Moyens de chauffage
Le dispositif 100 peut comprendre des moyens de chauffage 213 du premier matériau 1 1 1 et/ou du deuxième matériau et/ou d'un troisième matériau décrit ci-après. Alternativement ou en complément, le dispositif peut être adapté pour permettre le chauffage du premier matériau 1 1 1 et/ou du deuxième matériau et/ou du troisième matériau par des moyens de chauffage 213 du système. Les moyens de chauffage 213 sont par exemple adaptés pour chauffer le premier matériau 1 1 1 et/ou le deuxième matériau et/ou le troisième matériau à une température d'opération du premier matériau 1 1 1 et/ou du deuxième matériau et/ou du troisième matériau.
Le dispositif peut comprendre un ou plusieurs matériaux améliorant le transfert thermique et/ou la conservation des performances au cours des cycles et/ou la perméabilité et/ou d'autres fonctions pertinentes pour l'application envisagée.
Le premier matériau 1 1 1 est par exemple plus proche des moyens de chauffage 213 que le deuxième matériau. Le premier matériau 1 1 1 est par exemple disposé entre les moyens de chauffage 213 et le deuxième matériau. 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 d'entré et/ou de sortie d'hydrogène
Le dispositif 100 peut comprendre des moyens d'entrée et/ou de sortie d'hydrogène 160, par exemple pour charger de l'hydrogène gazeux et/ou de sortie d'hydrogène 160, par exemple pour décharger de l'hydrogène gazeux.
Les moyens d'entrée et/ou de sortie d'hydrogène 160 comprennent par exemple une valve d'entrée et/ou de sortie.
Les moyens d'entrée et/ou de sortie d'hydrogène 160 sont par exemple maintenus en permanence en communication fluidique avec la première chambre 1 10 et/ou avec le premier matériau 1 1 1 . Les moyens d'entrée et/ou 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 d'entrée et/ou de sortie d'hydrogène 160 sont par exemple mobiles entre une position ouverte, dans laquelle de l'hydrogène peut entrer et/ou sortir du dispositif par lesdits moyens, et une position fermée, dans laquelle de l'hydrogène ne peut pas entrer et/ou sortir du dispositif par lesdits moyens. Première valve de surpression
Le dispositif 100 peut comprendre une première valve de surpression adaptée pour permettre l'échappement de gaz, par exemple d'hydrogène gazeux, par exemple depuis le dispositif 100, par exemple depuis la première chambre 1 10, par exemple vers l'extérieur du dispositif, par exemple vers l'extérieur de l'enceinte externe 130, par exemple de sorte à limiter la pression du dispositif et/ou à éviter une surpression du dispositif 100, par exemple au-delà d'une première pression de seuil, par exemple supérieure ou égale à une pression critique et/ou à une pression d'ouverture telles que définies ci-après, et/ou inférieure ou égale à une pression maximale du dispositif 100 telle que définie ci-après. La première pression de seuil est par exemple inférieure ou égale à 90 bars, par exemple à 60 bars, par exemple supérieure ou égale à 20 bars, par exemple à 30 bars, par exemple d'environ 35 bars. Premier mode de réalisation
En référence à la figure 1 , il est décrit un exemple du dispositif 100.
Le premier matériau 1 1 1 et le deuxième matériau 1 12 sont par exemple maintenus en permanence en communication fluidique.
II est ainsi possible d'obtenir un dispositif adapté pour fournir un débit d'hydrogène suffisant pour le fonctionnement d'une unité d'utilisation, même à des températures basses, par exemple au moyen du premier matériau, et qui maintient lors de son stockage une pression relativement basse même à haute température, par exemple au moyen du deuxième matériau.
Il est ainsi possible d'améliorer la taille et l'encombrement du dispositif. En outre, un tel dispositif présente une structure ayant un coût de fabrication moindre en raison de sa structure simplifiée à une chambre.
Le deuxième matériau peut ainsi de par sa présence capter et/ou stocker une partie de l'hydrogène qui serait autrement capté et/ou stocké par le premier matériau à chaque fois que de l'hydrogène doit être réparti dans le dispositif, ce qui limite le taux de charge du premier matériau et donc la pression associée au premier matériau.
Il est ainsi possible d'obtenir une structure où l'hydrogène est toujours stocké dans les deux matériaux, la limitation de pression résultant de leur mélange. En effet, de par sa pression d'équilibre strictement inférieure, le deuxième matériau présente lors du stockage un taux de chargement plus élevé en hydrogène que le premier matériau. Ainsi, par rapport à un dispositif où l'espace occupé par le deuxième matériau serait occupé par le même matériau que le premier matériau, le taux de charge du premier matériau est ici plus faible lorsque le dispositif est stocké.
Par conséquent, par rapport à un dispositif où l'espace occupé par le deuxième matériau serait occupé par le même matériau que le premier matériau, pour une même pression au sein de la première chambre, une plus grande quantité d'hydrogène est stockée au sein du dispositif. Par suite pour une même quantité d'hydrogène stockée, la pression au sein de la première chambre est plus limitée.
Le dispositif, par exemple le premier matériau 1 1 1 et le deuxième matériau 121 , peut ainsi être agencé, de sorte à ce que, pour une température inférieure ou égale à une température dite critique et pour une quantité d'hydrogène stocké à l'intérieur du dispositif inférieure ou égale à une quantité dite critique, par exemple au sein de la première chambre et/ou d'une deuxième chambre telle que définie ci-après, par exemple par sorption et sous forme gazeuse, la pression au sein de la première chambre reste inférieure ou égale à une pression dite critique.
La pression critique correspond à une valeur prédéfinie et déterminée comme critique pour le dispositif, par exemple alors que le dispositif est stocké, par exemple alors que le dispositif n'est pas en cours d'utilisation, par exemple pour la quantité critique et pour la température critique.
Il est ainsi possible de dimensionner le dispositif pour que sa pression reste en-dessous d'une pression prédéterminée dans des conditions de stockage prédéterminées. Le choix du premier et du deuxième matériau permet ainsi de contrôler au préalable les pressions auxquelles le dispositif sera soumis, ce qui permet de dimensionner le dispositif en conséquence et d'assurer une sécurité accrue lors du stockage. Au-delà, par exemple lorsque la température s'élève au-delà de la température critique de sorte que la pression dépasse la pression critique, la sécurité peut être assurée par la première valve de surpression.
La pression critique est par exemple inférieure ou égale à 80 bars, par exemple inférieure ou égale à 50 bars, par exemple supérieure ou égale à 20 bars, par exemple égale à 30 bars.
La pression critique est typiquement strictement inférieure à la pression maximale du dispositif.
Par pression maximale du dispositif, on entend par exemple une pression à laquelle le dispositif n'est pas endommagé lorsqu'il est placé en fonctionnement. La pression maximale du dispositif est par exemple inférieure ou égale à 300 bars, par exemple égale à 300 bars, par exemple inférieure ou égale à 100 bars, par exemple égale à 100 bars, par exemple supérieure ou égale à 20 bars, par exemple égale à 35 bars.
La température critique est par exemple inférieure ou égale à 100°C, par exemple supérieure ou égale à 60°C, par exemple supérieure ou égale à 80°C.
La quantité critique est par exemple égale à la somme de la quantité correspondant à un taux de charge supérieur ou égal à 50%, par exemple inférieur ou égal à 90%, par exemple égal à 60% pour le premier matériau, et de la quantité correspondant à un taux de charge supérieur ou égal à 50%, par exemple inférieur ou égal à 90%, par exemple égal à 80% pour le deuxième matériau, par exemple à la température donnée, par exemple à la température critique.
Le dispositif 100 est par exemple configuré de sorte que le premier matériau 1 1 1 et le deuxième matériau 1 12 sont dans des zones maintenues à la même pression en temps réel, la pression pouvant par exemple varier. Alternativement ou en complément, le deuxième matériau 1 12 est par exemple disposé dans une autre chambre maintenue en communication fluidique avec la première chambre, les moyens de communication comprenant par exemple un canal, le canal ayant par exemple des dimensions suffisantes pour que la pression des deux chambres reste identique.
La fraction massique en deuxième matériau est par exemple comprise entre 20 et 80 % du premier matériau 1 1 1 , par exemple comprise entre 20 et 40 % du premier matériau 1 1 1 , par exemple comprise entre 60 et 80 % du premier matériau 1 1 1 .
L'augmentation de la quantité de deuxième matériau permet des capacités de stockage encore plus grandes. L'augmentation de la quantité de premier matériau 1 1 1 améliore encore la capacité du dispositif 100 à atteindre un débit suffisant à basse température.
Deuxième mode de réalisation
En référence à la figure 4, le dispositif 100 peut comprendre une deuxième chambre 120. Le deuxième matériau 121 est par exemple disposé au sein de la deuxième chambre.
Le premier matériau et le deuxième matériau peuvent alors être agencés de sorte que le deuxième matériau permet de stocker de manière réversible de l'hydrogène libéré par le premier matériau, et ainsi absorber une surpression potentielle.
Il est ainsi possible d'obtenir un dispositif adapté pour fournir un débit d'hydrogène suffisant pour le fonctionnement d'une unité d'utilisation, même à des températures basses, par exemple au moyen du premier matériau, et qui maintient lors de son stockage une pression relativement basse même à haute température, par exemple au moyen du deuxième matériau. La deuxième chambre 120 présente par exemple un volume strictement inférieur à celui de la première chambre 1 10, par exemple inférieur ou égal à 80 %, par exemple inférieur ou égal à 50 %, par exemple supérieur ou égal à 10 % du volume de la première chambre 1 10.
La deuxième chambre 120 est par exemple une chambre tampon.
Le dispositif 100 peut comprendre une première valve-anti-retour 140, qui fait par exemple partie des moyens de communication. La première valve anti-retour 140 est par exemple adaptée pour permettre le passage d'un flux d'hydrogène de la première chambre 1 10 vers la deuxième chambre 120. La première valve-anti-retour 140 est par exemple adaptée pour permettre le passage d'un flux d'hydrogène de la première chambre 1 10 vers la deuxième chambre 120 lorsque la pression dans la première chambre 1 10 dépasse une pression d'ouverture et/ou lorsque la température dans la première chambre 1 10 dépasse une température d'ouverture. La pression d'ouverture est par exemple inférieure ou égale à 80 bars, par exemple à 55 bars, par exemple à 30 bars. La température d'ouverture est par exemple comprise entre 60°C et 70°C.
La première valve anti-retour 140 est par exemple une soupape de pression différentielle.
Une pression critique peut ici être définie comme une pression qui correspond à une valeur prédéfinie et déterminée comme critique pour le dispositif, par exemple alors que le dispositif est stocké, par exemple alors que le dispositif n'est pas en cours d'utilisation, par exemple pour la quantité critique et pour la température critique telles que définies ci-avant.
La pression critique est par exemple comprise entre la pression d'ouverture et la première pression de seuil, par exemple supérieure de 10% à la pression d'ouverture. Il est ainsi possible de dimensionner le dispositif pour que sa pression reste en-dessous d'une pression prédéterminée dans des conditions de stockage prédéterminées. Le dispositif 100 peut comprendre une deuxième valve anti-retour
150, qui fait par exemple partie des moyens de communication. La deuxième valve anti-retour 150 est par exemple adaptée pour permettre le passage d'un flux d'hydrogène de la deuxième chambre 120 vers la première chambre 1 10 lorsque la pression dans la deuxième chambre 120 dépasse la pression dans la première chambre 1 10.
La deuxième valve anti-retour 150 est par exemple un clapet antiretour.
Le deuxième matériau 121 est par exemple configuré de sorte à pouvoir absorber l'hydrogène libéré du premier matériau de sorte à présenter et/ou à ne pas dépasser la première pression de seuil, et/ou une deuxième pression de seuil telle que décrite ci-après, et/ou la pression maximale du dispositif dans la première chambre 1 10, par exemple à la température maximale.
La fraction massique en deuxième matériau 121 est par exemple inférieure à 50 %, par exemple à 40 %, par exemple à 30 % du premier matériau 1 1 1 .
Le dispositif 100 peut comprendre une deuxième valve de surpression adaptée pour permettre l'échappement de gaz, par exemple d'hydrogène gazeux, par exemple depuis la deuxième chambre 120, par exemple de sorte à limiter la pression du dispositif et/ou à éviter une surpression du dispositif 100, par exemple au-delà d'une deuxième pression de seuil supérieure à la pression d'ouverture et/ou inférieure ou égale à la pression maximale du dispositif 100. La deuxième pression de seuil est par exemple inférieure ou égale à 90 bars, par exemple à 60 bars, par exemple supérieure ou égale à 20 bars, par exemple à 30 bars, par exemple d'environ 35 bars. Un ou plusieurs élément(s) de filtre comprenant un ou plusieurs filtres est ou sont par exemple disposé(s) entre la première chambre 1 10 et la deuxième chambre 120, par exemple au niveau de la première valve anti-retour 140 et/ou de la deuxième valve anti-retour 150. L'élément de filtre est par exemple adapté pour permettre le passage d'hydrogène gazeux et/ou pour empêcher le passage de particules du premier matériau ou du deuxième matériau. L'élément de filtre est par exemple adapté pour empêcher le passage de matière à l'état solide, par exemple du premier matériau et/ou du deuxième matériau. L'élément de filtre peut comprendre un matériau poreux, par exemple un ou plusieurs tuyau(x) à section poreuse, et/ou un tissu ou un non-tissé de fibres, et/ou une feuille ondulée, par exemple une tôle ondulée, et/ou une ou plusieurs mousse(s) et/ou une ou plusieurs structure(s) filaire(s).
Troisième mode de réalisation
En référence à la figure 10, il est décrit un dispositif combinant les caractéristiques des dispositifs 100 selon le premier mode de réalisation et du deuxième mode de réalisation lorsque ceci est techniquement envisageable.
II est ainsi possible d'obtenir un dispositif adapté pour fournir un débit d'hydrogène suffisant pour le fonctionnement d'une unité d'utilisation, même à des températures basses, par exemple au moyen du premier matériau et/ou deuxième matériau, et qui maintient lors de son stockage une pression relativement basse même à haute température, par exemple au moyen des deuxième et/ou troisième matériaux. Le premier matériau 1 1 1 et le deuxième matériau 1 12 sont par exemple maintenus en permanence en communication fluidique tels que décrits ci-avant.
Le dispositif 100 peut en outre comprendre le deuxième matériau 121 disposé au sein de la deuxième chambre tel que décrit ci-avant. Le deuxième matériau 121 forme ainsi un troisième matériau.
Description générale
En référence à la figure 1 1 , 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 100, par exemple les moyens de chauffage 213 du dispositif 100 ou du système 200. Les moyens de commande 270 peuvent par exemple commander l'unité d'utilisation d'hydrogène 230. Les moyens de commande 170 peuvent par exemple commander les moyens de communication fluidique 240, par exemple les moyens de blocage 241 . Les moyens de commande sont par exemple configurés pour mettre en œuvre un procédé tel que décrit ci-après.
Procédé
En référence à la figure 12, 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 d'activation du dispositif.
Le procédé peut comprendre une étape 1303 de chargement du dispositif 100 et/ou du premier matériau 1 1 1 et/ou du deuxième matériau en hydrogène. Le premier matériau 1 1 1 et le deuxième matériau sont par exemple chargés dans le dispositif 100 de manière à assurer une capacité de stockage maximale et de manière à ce qu'une la première et/ou deuxième pression de seuil, par exemple la pression maximale du dispositif ne soit pas dépassée pour une température donnée, par exemple moins de 35 bars à 80°C.
Le procédé peut comprendre une étape 1 304 de stockage et/ou de transport du dispositif 100. Lors du stockage/transport, le dispositif 100 peut être soumis à des variations de températures.
Le procédé peut comprendre une étape 1305 d'installation du dispositif au niveau du système 200.
Le procédé peut comprendre une étape 1306 d'utilisation du dispositif 100. L'étape 1306 comprend par exemple la fourniture d'hydrogène par le dispositif 100. Lors de l'étape 1306 d'utilisation, l'unité d'utilisation d'hydrogène 230 ou une autre source de chaleur est par exemple configurée pour alimenter au moins partiellement les moyens de chauffage 213, par exemple par de la chaleur perdue, par exemple de sorte à chauffer le premier matériau 1 1 1 et/ou le deuxième matériau, par exemple la première chambre 1 10 et/ou la deuxième chambre 120.
L'étape 1306 d'utilisation peut comprendre une sous-étape de démarrage du dispositif 100, par exemple au moyen du premier matériau 1 1 1 , qui a par exemple une pression d'équilibre suffisamment importante pour permettre le démarrage même à basses températures en fournissant suffisamment d'hydrogène à une pression et à un débit suffisant.
L'étape 1306 d'utilisation peut comprendre une sous-étape de fonctionnement dans lequel les moyens de chauffage 213 maintiennent la pression d'équilibre du premier matériau dans la première chambre 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 1303 et/ou 1304 et/ou 1305 et/ou 1306 sont par exemple répétées, par exemple de manière cyclique, par exemple dans cet ordre, par exemple répétées plusieurs fois. Chaque répétition est par exemple précédée d'une étape 1307 de retrait du dispositif 100 du système 100. Alternativement ou en complément, le procédé peut comprendre une étape 1307 de retrait du dispositif 100 et de remplacement du dispositif 100, les étapes 1303 et/ou 1304 et/ou 1305 et/ou 1306 étant appliquées au dispositif 100 remplaçant celui ayant déjà été utilisé.
Lors d'une ou de plusieurs, par exemple de chacune, des étapes 1304 à 1307, le dispositif 100 peut subir une augmentation et/ou une diminution de la température au sein de la première chambre 1 10 et/ou de la deuxième chambre 120.
Le dispositif permet ici une capacité de stockage satisfaisante et peut fournir de l'hydrogène à un débit et une pression satisfaisantes, même en cas de démarrage à des températures ambiantes basses, sans présenter de risque de sécurité, notamment lorsqu'il est stocké dans une zone où la température augmente anormalement.
Par exemple, lorsque le premier matériau 1 1 1 et le deuxième matériau 1 12 sont par exemple maintenus en permanence en communication fluidique, par exemple lorsque le dispositif 100 correspond au premier mode de réalisation, au moins une ou plusieurs étapes du procédé, par exemple l'étape 1303 et/ou 1304 et/ou 1305 et/ou 1306 et/ou 1307 est par exemple définie par une pression du système qui définit le taux de charge pour les deux matériaux. Ainsi le premier matériau 1 1 1 et le deuxième matériau 1 12 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 1 12 peut toutefois être traités comme un dispositif avec un matériau. La distribution d'hydrogène est réalisée passivement entre les deux matériaux. Un tel fonctionnement est par exemple illustré figure 3, qui représente par exemple le comportement la pression en bars et la température en degrés Celsius au sein de la première chambre, et le taux de charge du premier matériau et du deuxième matériau, en fonction du temps en minute, au cours des étapes 1303 de chargement, 1304 de stockage, 1305 de mise en place, et 1306 d'utilisation du dispositif 100.
Une augmentation de température survenant lors de l'étape 1304 de stockage est illustrée sur la figure 3. L'augmentation de pression consécutive à une augmentation de température est dans ce cas la plus forte que peut rencontrer le dispositif 100 sur l'ensemble de son cycle de vie, puisque son taux de charge en hydrogène est maximum. Toute diminution ultérieure de ce taux de charge, par exemple consécutive à une étape d'utilisation 1306 du dispositif 100, conduira à une augmentation moins importante de la pression lors d'une autre montée en température. Par exemple, durant le ou les cycles de températures, les variations du taux de charge du premier matériau 1 1 1 et/ou du taux de charge du deuxième matériau 1 12 sont inférieures ou égales à 10 %, par exemple à 5 %, par exemple à 3 %.
Par exemple, lorsque le dispositif comprend la première chambre 1 10 et la deuxième chambre 120, l'étape de chargement 1303 est par exemple réalisée de sorte que seule la première chambre 1 10 est chargée et/ou de sorte que la deuxième chambre 120 reste vide.
La pression d'ouverture, par exemple de la valve anti retour 140 peut correspondre à une certaine température dite d'ouverture du premier matériau 1 1 1 dans la première chambre 1 10 lorsque le premier matériau 1 1 1 atteint ladite pression d'ouverture. Par exemple, lors de l'étape 1304 de stockage, tant que la température d'ouverture n'est pas atteinte ou dépassée, la première valve-anti-retour 140 n'est pas ouverte et la deuxième chambre 120 reste à la pression atmosphérique, ou à la pression d'entrée de l'unité d'utilisation d'hydrogène, par exemple correspondant à la pression d'équilibre d'un deuxième matériau 121 déchargé. Par exemple, lors de l'étape 1304 de stockage, lorsque la température d'ouverture est dépassée dans la première chambre 1 10, de l'hydrogène est libéré du premier matériau 1 1 1 et transféré par la première valve-anti-retour 140 au deuxième matériau 121 dans la deuxième chambre 120, le deuxième matériau 121 absorbant l'hydrogène transféré. Par exemple, lors de l'étape 1304 de stockage, lorsque la température diminue sous la température d'ouverture, les pressions de la première chambre 1 10 et de la deuxième chambre 120 sont égalisées au moyen de la deuxième valve anti-retour 150.
Par exemple, la sous-étape de fonctionnement de l'étape 1306 d'utilisation peut comprendre la désorption, par exemple totale, du deuxième matériau 121 éventuellement chargé en hydrogène, par exemple précédemment chargé lors de l'étape 1304 de stockage, la désorption du deuxième matériau 121 a par exemple lieu lorsque la pression de la première chambre 1 10 devient inférieure à la pression de la deuxième chambre 120, par exemple et inférieure à la pression d'équilibre du deuxième matériau à la température dans la deuxième chambre 120 et au chargement. A ce stade, la chaleur a été suffisamment transmise à la première chambre 1 1 0 et à la deuxième chambre 1 20 pour permettre une augmentation de la pression d'équilibre et pour permettre le déchargement de la majeure partie de l'hydrogène stocké par le deuxième matériau 121 .
Le procédé peut comprendre une étape d'échappement de gaz par la première valve de surpression et/ou la deuxième valve de surpression, par exemple mise en œuvre lors de l'étape 1304.
Le procédé peut comprendre une ou plusieurs étapes correspondant au fonctionnement du dispositif tel que décrit ci-avant.
Exemple détaillé
Premier mode de réalisation
Le premier matériau 1 1 1 et le deuxième matériau 1 12 sont par exemple maintenus en permanence en communication fluidique. Le premier matériau 1 1 1 et le deuxième matériau 1 12 sont par exemple disposés au sein de la première chambre 1 10.
Le premier matériau 1 1 1 et le deuxième matériau 1 12 peuvent être constitués 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 , le premier matériau 1 1 1 ayant une fraction massique en zirconium strictement inférieure à celle du deuxième matériau, par exemple avec x-y<0,1 et x>y. Le premier matériau et le deuxième matériau diffèrent par le comportement de pression d'équilibre comme illustré à la figure 2, qui représente des isothermes de pression en bar en fonction de la concentration en hydrogène en pourcentage massique à 80°C (figure 2), les courbes pleines représentant les isothermes pour l'hydruration et de déshydruration pour le premier matériau et les courbes interrompues les isothermes pour l'hydruration et la déshydruration du deuxième matériau. La figure 2 représente en outre la pression de chargement. La figure 2 représente en outre la pression critique. Le premier matériau 1 1 1 et le deuxième matériau 1 12 sont par exemple dans la première chambre 1 10.
L'unité d'utilisation d'hydrogène 230 est par exemple une pile à combustible.
Les moyens de chauffage 213 sont adaptés pour chauffer le premier matériau 1 1 1 et le deuxième matériau à une température d'opération nominale de 50°C.
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 comportement d'un tel dispositif 100 est par exemple détaillé aux figures 2, 3, 7, 8 et 9.
La figure 3 représente par exemple l'évolution de la pression en bars et de la température en degrés Celsius au sein de la première chambre 1 10, et du taux de charge en hydrogène du premier matériau 1 1 1 et du deuxième matériau 1 12, en fonction du temps en minute, au cours des étapes 1303 de chargement, 1304 de stockage, 1305 de mise en place et 1306 d'utilisation.
Le premier matériau 1 1 1 et le deuxième matériau 1 12 sont chargés selon l'étape 1303 de manière spécifique de sorte à assurer une capacité de stockage maximale et une pression de moins de 35 bars à 80°C lorsque le dispositif est complètement chargé. Le dispositif est par exemple chargé à 80°C à une pression supérieure à 30 bars par exemple d'environ 35 bars, de sorte à atteindre une capacité de stockage d'hydrogène de l'ordre de 1 ,1 % massique pour le premier matériau 1 1 1 à l'état complètement chargé à une pression inférieure ou égale à 35 bars et pour un stockage allant jusqu'à 80°C, et par exemple une capacité de stockage d'hydrogène de l'ordre de 1 ,5 % massique pour le deuxième matériau 1 12.
Dans l'exemple de la figure 3, l'étape 1303 est par exemple réalisée jusqu'à obtenir un chargement de 62 % pour le premier matériau 1 1 1 et de 84 % pour le deuxième matériau. L'alimentation en hydrogène est par exemple arrêtée lorsque le taux de charge des matériaux reste stable.
La capacité du dispositif 100 est alors par exemple une fonction des fractions massiques du premier matériau 1 1 1 et du deuxième matériau 1 12. L'utilisation d'une plus grande quantité relative du deuxième matériau 1 12 par rapport au premier matériau 1 1 1 permet d'augmenter la capacité de stockage tout en conservant une pression de stockage basse à 80°C. Le premier matériau 1 1 1 reste par exemple en quantité suffisante pour permettre d'assurer une fourniture d'hydrogène suffisante à basse température. Le ratio massique de deuxième matériau 1 12 par rapport au premier matériau 1 1 1 est par exemple de l'ordre de 2/1 , par exemple de sorte à atteindre une capacité de stockage combinée d'environ 1 ,35 % massique.
En référence à la figure 3, l'étape 1304 comprend par exemple ici une augmentation jusqu'à environ 80°C en raison d'une exposition à cette température ou à une température légèrement supérieure. La pression augmente alors en fonction de la température. En parallèle, le premier matériau 1 1 1 libère faiblement de l'hydrogène qui est capté par le deuxième matériau 1 12. L'augmentation de température peut être suivie par une diminution de température, qui s'accompagne d'une réduction de pression.
Durant l'étape 1306 d'utilisation, un déchargement d'hydrogène a par exemple lieu, la pression diminuant jusqu'à 2 bars. Le premier matériau 1 1 1 libère alors de l'hydrogène en premier et le deuxième matériau 1 12 ensuite. La figure 7 représente sous forme de diagramme des isothermes de pression en bar en fonction de la concentration en hydrogène, avec le dispositif 100 en référence à la figure 1 ou 4. Le dispositif 100 est par exemple utilisé (étape 1306), par exemple à une température de fonctionnement de 50°C.
Le dispositif 100 est par exemple considéré comme pleinement chargé lorsque le premier matériau 1 1 1 est chargé à 1 ,1 % massique et le deuxième matériau est chargé à 1 ,5 % massique.
Pour une pression d'entrée d'environ 2 bars, le premier matériau 1 1 1 peut par exemple être déchargé jusqu'à 0,21 % massique et le deuxième matériau 1 12 peut par exemple être déchargé jusqu'à 0,26 % massique. Le premier matériau 1 1 1 se décharge par exemple en premier. Une fois que la pression lors du déchargement tombe sous la pression d'équilibre du deuxième matériau 1 12, le deuxième matériau 1 12 fournit par exemple également de l'hydrogène.
La figure 9 représente sous forme de diagramme la pression en bar en fonction de la température entre -20°C et 80°C. La pression est par exemple inférieure à 2 bars en dessous de -10,4°C. Les évolutions décrites ici sont des exemples de valeurs pour un dispositif dont l'hydrogène n'aurait pas été consommé.
Deuxième mode de réalisation
Le deuxième matériau 121 est par exemple disposé au sein de la deuxième chambre 120.
Le premier matériau 1 1 1 et le deuxième matériau 121 peuvent être constitués 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 , le premier matériau 1 1 1 ayant une fraction massique en zirconium strictement inférieure à celle du deuxième matériau 121 , par exemple avec x-y<0,1 et x>y. Le premier matériau et le deuxième matériau diffèrent par le comportement de pression d'équilibre comme illustré à la figure 2, qui représente des isothermes de pression en bar en fonction de la concentration en hydrogène en pourcentage massique à 80°C, les courbes pleines représentant les isothermes pour l'hydruration et de déshydruration pour le premier matériau et les courbes interrompues les isothermes pour l'hydruration et la déshydruration du deuxième matériau.
Le dispositif 100 peut comprendre un ou plusieurs matériau(x) thermiquement conducteur et/ou un ou plusieurs matériau(x) améliorant la conservation des performances au cours des cycles et/ou la perméabilité et/ou d'autres fonctions pertinentes pour l'application envisagée.
Le ratio massique de deuxième matériau 121 par rapport au premier matériau 1 1 1 est de l'ordre de 27 %. La capacité maximale en hydrogène pour un tel dispositif 1 10, c'est-à-dire correspondant à un taux de charge de 100%, est d'environ 1 ,2 % massique.
Le comportement d'un tel dispositif 100 est par exemple détaillé aux figures 5 à 8.
L'unité d'utilisation d'hydrogène 230 est par exemple une pile à combustible.
Les moyens de chauffage 213 sont adaptés pour chauffer le premier matériau 1 1 1 et/ou le deuxième matériau 121 à une température d'opération nominale de 50°C. La figure 5 représente sous forme de diagramme des isothermes de pression en bar en fonction de la concentration en hydrogène, par exemple avec les mêmes matériaux que le premier matériau et le deuxième matériau des figures 2 et 3, à la différence qu'ils sont agencés respectivement dans la première chambre 1 10 et dans la deuxième chambre 120, et que leur ratio massique diffère. Le dispositif 100 est par exemple chargé (étape 1303) à environ 50°C, par exemple de sorte à ce que le premier matériau 1 1 1 contienne 1 ,5 % massiques d'hydrogène. Durant le stockage/transport (étape 1304), le dispositif 100 est par exemple exposé à une montée en température, par exemple jusqu'à 80°C. Cette montée en température entraîne une montée en pression au sein de la première chambre 1 10, par exemple au moins jusqu'à la pression d'ouverture, par exemple jusqu'à 30 bars, la première valve anti-retour 140 s'ouvrant alors pour permettre un transfert d'hydrogène vers la deuxième chambre 120. La pression est ici fonction exponentielle de la température. La pression d'ouverture, par exemple de 30 bars, est par exemple atteinte pour la première fois lors de la montée à une température supérieure ou égale à 65°C. En référence au diagramme de la figure 5, environ 0,4 % massiques d'hydrogène à 80°C stocké dans le premier matériau 1 1 1 doit être transféré au deuxième matériau 121 pour rester à la pression d'ouverture. Le deuxième matériau 121 a par exemple un comportement en termes de pression d'équilibre permettant le stockage d'environ 1 ,5 % massique d'hydrogène à 30 bars et 80°C. Ainsi, pour le deuxième matériau 121 peut avoir une masse correspondant à environ 27 % de la masse du premier matériau 1 1 1 , ce qui est par exemple suffisant pour stocker l'hydrogène ainsi libéré. En raison de cette masse additionnelle, la capacité de stockage combinée est par exemple réduite à 1 ,2 % massique. Une fois l'équilibre atteint, le premier matériau 1 1 1 se retrouve ainsi par exemple déchargé de 0,4 % massique alors que le deuxième matériau 121 est par exemple pleinement chargé. La première chambre 1 10 et la deuxième chambre 120 sont alors par exemple à la même pression, par exemple d'environ 30 bars.
La figure 6 représente sous forme de diagramme des isothermes de pression en bar en fonction de la concentration en hydrogène, par exemple avec le même dispositif que la figure 5. La situation après un stockage (étape 1303) tel que décrit précédemment en référence à la figure 5 est par exemple telle que le dispositif 100 a été exposé à une première montée en température jusqu'à 80°C. Le dispositif 100 est ensuite par exemple soumis à une diminution de la température, par exemple jusqu'à 20°C, par exemple de sorte que la pression d'équilibre du premier matériau 1 1 1 et du deuxième matériau 121 diminue également. Ainsi, le premier matériau 1 1 1 et le deuxième matériau 121 absorbent par exemple l'hydrogène dans leurs chambres respectives, par exemple de sorte à réduire les pressions de la première chambre 1 10 et de la deuxième chambre 1 20. La quantité d'hydrogène en phase gazeuse étant généralement beaucoup plus faible que celle stockée dans le premier matériau 1 1 1 et le deuxième matériau 121 , l'augmentation de la quantité d'hydrogène stocké dans le premier matériau 1 1 1 et le deuxième matériau 121 est par exemple très faible. Par exemple, un tel dispositif 100 ayant environ 40 % de volume libre, par une absorption de 0,04 g d'hydrogène pour réduire une pression de 30 bars à 80°C à 15 bars à 20°C ce qui correspond par exemple à moins de 0,03 % massique de changement du contenu stocké dans le premier matériau 1 1 1 et le deuxième matériau 121 . Dans cette configuration, il n'est alors par exemple pas possible de transférer de l'hydrogène de la première chambre 1 10 vers la deuxième chambre 120 puisque la pression d'ouverture n'est pas atteinte. En raison de la deuxième valve anti-retour 150, de l'hydrogène pourrait être transféré de la deuxième chambre 120 vers la première chambre 1 10. Mais puisque la pression d'équilibre du deuxième matériau 121 , à températures égales, est par exemple toujours inférieure à celle du premier matériau 1 1 1 , une telle situation nécessiterait par exemple l'existence d'un gradient de température. Ainsi durant le refroidissement, la première chambre 1 10 et la deuxième chambre 120 ne sont pas connectées fluidiquement.
Par « connexion fluidique entre deux éléments » on entend tous moyens de communication fluidique adaptés pour mettre en communication fluidique les deux éléments. Les moyens de communication fluidique peuvent par exemple comprendre une ou plusieurs canalisations et/ou une ou plusieurs valves.
Si par la suite une autre augmentation de température a lieu de petites quantités d'hydrogène dans chaque compartiment sont libérées, ce qui peut augmenter la pression jusqu'à 30 bars dans la première chambre 1 10. En cas de gradient de température résultant en un transfert d'hydrogène depuis la deuxième chambre 120 vers la première chambre 1 10, ceci peut déclencher une augmentation de pression dans la première chambre suffisante pour ouvrir la première valve anti-retour 140. Ainsi, les conditions originales de hautes températures seraient à nouveau réunies. Les cycles de température peuvent se poursuivre. Le système ne peut dépasser la pression d'ouverture prédéterminée de la première valve antiretour 140, ce qui garantit une haute sécurité vis-à-vis des risques associés aux températures et aux pressions associées.
La figure 7 représente sous forme de diagramme des isothermes de pression en bar en fonction de la concentration en hydrogène. Le dispositif 100 est par exemple utilisé (étape 1306), par exemple à une température de fonctionnement de 50°C.
Le premier matériau 1 1 1 est par exemple chargé à 1 ,1 % massique et le deuxième matériau 121 est par exemple chargé à 1 ,5 % massique, par exemple après une exposition à au plus 80°C.
Pour une pression d'entrée d'environ 2 bars, le premier matériau 1 1 1 peut par exemple être déchargé jusqu'à 0,21 % massique et le deuxième matériau 121 peut par exemple être déchargé jusqu'à 0,26 % massique. Le premier matériau 1 1 1 se décharge par exemple en premier. Une fois que la pression lors du déchargement tombe sous la pression d'équilibre du deuxième matériau 121 , le premier matériau fournit par exemple également de l'hydrogène, par exemple par ouverture de la deuxième valve anti-retour 150. La figure 8 représente sous forme de diagramme des isothermes de pression en bar en fonction de la concentration en hydrogène. Les pressions de désorption d'équilibre à 10°C pour le premier matériau 1 1 1 et à 20°C pour le deuxième matériau 121 sont représentées. Le premier matériau 1 1 1 permet d'assurer que la fourniture d'hydrogène peut être commandée à basse température. Ici la pression d'équilibre à 10°C est presque égale à celle à 20°C. Ainsi, la pression réelle du dispositif 100 est par exemple fonction des pressions d'équilibre et du niveau de charge du premier matériau 1 1 1 et du deuxième matériau 121 .
La pression est par exemple déterminée par le premier matériau tant qu'aucune augmentation de température au-dessus d'un certain seuil, par exemple 65°C, n'a eu lieu.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif (100) de stockage d'hydrogène comprenant :
un premier matériau (1 1 1 ) de stockage d'hydrogène par sorption, - un deuxième matériau (1 12, 121 ) de stockage réversible d'hydrogène par sorption, et
une chambre (1 10) au sein de laquelle le premier matériau (1 1 1 ) est disposé,
dans lequel
- le premier matériau a, pour une même température et un même taux de charge en hydrogène, une pression d'équilibre de désorption strictement supérieure à celle du deuxième matériau, et
le deuxième matériau est en communication fluidique avec le premier matériau, ladite communication fluidique étant directe ou se faisant par l'intermédiaire de moyens de communication fluidique, de sorte que le deuxième matériau permet de limiter la pression au sein de la chambre.
2. Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel le premier matériau (1 1 1 ) et le deuxième matériau (1 12) sont maintenus en permanence en communication fluidique.
3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le deuxième matériau (1 12) est disposé au sein de la chambre.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un troisième matériau de stockage réversible d'hydrogène par sorption, le premier matériau ayant, pour une même température et un même taux de charge, une pression d'équilibre de désorption strictement supérieure à celle du troisième matériau, le dispositif comprenant une deuxième chambre (120) au sein de laquelle le troisième matériau est disposé, le dispositif comprenant une valve-anti- retour (140) adaptée pour permettre le passage d'un flux d'hydrogène de la chambre vers la deuxième chambre.
5. Dispositif selon la revendication 1 , comprenant une deuxième chambre (120) au sein de laquelle le deuxième matériau (121 ) est disposé, le dispositif comprenant une valve-anti-retour (140) adaptée pour permettre le passage d'un flux d'hydrogène de la chambre vers la deuxième chambre.
6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, dans lequel la valve-anti- retour (140) est adaptée pour permettre le passage d'un flux d'hydrogène de la chambre vers la deuxième chambre lorsque la pression dans la chambre dépasse une pression d'ouverture.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, comprenant en outre une deuxième valve anti-retour (150) adaptée pour permettre le passage d'un flux d'hydrogène de la deuxième chambre vers la chambre lorsque la pression dans la deuxième chambre dépasse la pression dans la chambre.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, le premier matériau (1 1 1 ) et le deuxième matériau (1 12, 121 ) étant adaptés pour fournir un flux d'hydrogène suffisant pour le démarrage et/ou le fonctionnement d'une unité d'utilisation d'hydrogène, en particulier pour une pression d'entrée de l'unité supérieure ou égale à 1 ,5 bars, en particulier à 2,5 bars, en particulier à 5 bars, en particulier à 10 bars.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier matériau (1 1 1 ) et/ou le deuxième matériau (1 12,
121 ) et/ou le troisième matériau est adapté pour former un hydrure métallique.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une valve de surpression adaptée pour permettre l'échappement de gaz.
1 1 . 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.
12. Système selon la revendication 1 1 , comprenant des moyens de commande (270) adaptés pour commander le dispositif (100).
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 ou système selon l'une quelconque des revendications 1 1 ou 12, comprenant des moyens de chauffage (213) du premier matériau (1 1 1 ) et/ou du deuxième matériau (1 12, 121 ) et/ou du troisième matériau.
14. Dispositif ou système selon la revendication 13, dans lequel le premier matériau (1 1 1 ) est plus proche des moyens de chauffage (213) que le deuxième matériau (1 12, 121 ).
15. Procédé de fonctionnement d'un dispositif (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, 13 et 14 ou d'un système selon l'une quelconque des revendications 1 1 ou 12.
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