Titre : DISPOSITIF DE STOCKAGE D’ENERGIE THERMIQUE A BASE DE L’HYDROXYDE DE LITHIUM

Domaine technique

[0001] La présente invention a pour objet un dispositif de stockage d’énergie thermique à base d’un matériau d’hydroxyde de lithium (LiOH) pour le stockage d’énergie thermique à haute température.

Technique antérieure

[0002] Des nombreuses installations industrielles utilisent des procédés thermiques cycliques qui génèrent de la chaleur à température élevée, à titre d’exemple dans le domaine de la cimenterie, sidérurgie, papeterie etc... Dans un objectif d’optimisation d’utilisation de cette énergie, il serait donc intéressant de pouvoir récupérer cette chaleur, la stocker et la restituer en fonction des besoins, sous forme de chaleur ou convertie en électricité.

[0003] Dans le cadre des centrales solaires, leur fonctionnement est actuellement fortement contraint par le caractère intermittent de la disponibilité de l’énergie solaire. Ainsi, un des problèmes majeurs des centrales solaires thermiques et thermodynamiques concernent donc les impossibilités de gérer les pics de production et d’adapter la production à la demande. Pour que la production d’électricité soit efficace et optimisée, il faut développer une solution de stockage de l’énergie thermique.

[0004] L’un des atouts supplémentaires de la solution du stockage thermique s’inscrit dans le cadre du développement des centrales nucléaires avec des réacteurs hautes températures, type VHTR (Very High Temperature Reactor), AHTR (Advanced High Temperature Reactor), SFR (Sodium- cooled Fast Reactor) et LFR (Lead-cooled Fast Reactor). Les conditions opératoires de ce type de centrales ayant besoin d’être constantes et stables, l’ajout d’un système de stockage d’énergie thermique joue le rôle d’un régulateur thermique qui permettra de lisser la sur- ou sous production selon la demande. De plus, le couplage d'un réacteur nucléaire à un stockage d'énergie thermique à grande échelle peut améliorer considérablement la viabilité de la centrale nucléaire dans un réseau électrique contenant une fraction importante de sources d'énergie renouvelables.

[0005] On peut distinguer trois modes de stockage d’énergie thermique.

[0006] Le stockage sous forme de chaleur sensible permet de stocker l’énergie thermique par une augmentation de la température d’un matériau de stockage. Durant l’étape de charge, l’énergie thermique est transférée au matériau afin d’augmenter sa température. Lors de la décharge, le matériau est refroidi afin de récupérer l’énergie thermique emmagasinée. La technologie pour sa mise en œuvre est relativement simple et c’est le procédé de stockage thermique le plus mature. Cependant, il présente une densité énergétique très faible.

[0007] Le stockage d’énergie thermique par voie thermochimique exploite la réversibilité des réactions chimiques pour stocker l’énergie thermique. Durant l’étape de charge, l’énergie thermique est utilisée pour mettre en œuvre la réaction endothermique. Les produits issus de cette réaction sont séparés et stockés. Lors de la restitution de l’énergie thermique, les produits stockés sont mis en contact afin de réaliser la réaction exothermique réversible et ainsi restituer la chaleur. Bien que ce système de stockage présente une densité énergétique importante, la technologie pour sa mise en œuvre est relativement complexe et ne permet pas actuellement une utilisation à l’échelle industrielle.

[0008] Le stockage sous forme de chaleur latente permet de stocker l’énergie thermique grâce à un changement de phases des matériaux, solide/liquide ou liquide/vapeur. Durant l’étape de charge, l’énergie thermique fournie au matériau permet son échauffement, puis son changement de phases. Le matériau est stocké à la température de charge. Lors de la restitution de l’énergie, celui-ci change de nouveau de phases pour restituer l’énergie stockée et reprendre son état initial. Le stockage d’énergie thermique basé sur des matériaux à changement de phases présente une grande capacité de stockage et de restitution de l’énergie thermique, dans une plage de température étroite. Comme dans le cas du mode de stockage par chaleur sensible, la technologie pour sa mise en œuvre est relativement simple, pourtant aucun dispositif de stockage thermique par chaleur latente n’est actuellement utilisé sur le marché.

[0009] Par ailleurs, les matériaux à changement de phases connus présentent souvent une instabilité chimique au cours de leur utilisation dans un système de stockage latent. En effet, certains matériaux voient leur température de fusion et leur chaleur latente modifiées au cours de leur utilisation.

[0010] Parmi les matériaux à changement de phases, les sels ont été identifiés comme des candidats potentiels pour le développement de système de stockage d’énergie thermique. Ces composés sont intéressants pour stocker de l’énergie à haute température. Cependant, les sels possèdent une faible conductivité thermique.

[0011] Les matériaux à changement de phases existants qui sont connus comme matériaux potentiels pour le stockage d’énergie thermique par chaleur latente ne sont pas exploités pour une application industrielle du fait, notamment de la complexité de la synthèse de ces matériaux qui sont généralement multi-composants.

[0012] Le document EP2444468 propose un matériau à changement de phases à base de mélanges de sels d’hydroxyde de lithium LiOH et d’hydroxyde de potassium KOH comprenant une structure carbonée poreuse remplie du matériau composite LiOH/KOH pour stocker de l’énergie thermique. La présence de la structure carbonée permet d’améliorer la conductivité thermique. Toutefois, les essais expérimentaux décrits dans ce document semblent montrer une dégradation des propriétés de stockage d’énergie thermique dans le temps (en moins de 10 cycles thermiques appliqués). Ainsi, le dispositif proposé dans ce document ne permet pas un cyclage thermique à long terme des matériaux, sans dégradation chimique du matériau.

[0013] Le document CN107699201 propose un matériau à changement de phases comprenant une structure carbonée remplie d’un hydroxyde de lithium monohydraté LiOH.HLO. Cependant, le procédé de d’exploitation de ce matériau est relativement complexe, long et nécessite l’utilisation de l’acide sulfurique. En outre, le volume utile obtenu du produit est relativement faible, seulement de 20%.

[0014] Un but de l’invention est donc de fournir un dispositif de stockage d’énergie thermique, à base de matériau à changement de phases, simple à mettre en œuvre, avec une grande capacité de stockage tout en occupant un faible volume.

[0015] Un autre but de l’invention est de proposer un dispositif de stockage d’énergie thermique qui est capable de stocker de l’énergie thermique en utilisant de l’hydroxyde de sodium LiOH, de manière à exploiter son potentiel de stockage/déstockage d’énergie thermique de manière non toxique, ni dangereuse dans son utilisation et pour l’environnement, tout en présentant de bonnes propriétés en termes de stabilités chimique, thermique, et énergétique à un coût de fabrication faible, fonctionnant dans une gamme de températures étroite, à pression ambiante. Néanmoins, la possibilité d’exploiter l’énergie liée à la chaleur sensible liquide et solide, en plus de l’énergie liée à la chaleur latente, du matériau doit être prise en compte pour un dispositif le plus optimisé possible du point de vue énergétique.

[0016] Un autre but de l’invention est de proposer un dispositif de stockage d’énergie thermique qui permet de faciliter son intégration dans les centrales de production d’électricité à partir des sources d’énergie conventionnelle ou renouvelable. Le matériau à changement de phases ne doit pas être corrosif et être compatible avec les matériaux utilisés dans la construction des centrales.

[0017] Un autre but de l’invention est de pallier les inconvénients précités notamment en permettant une grande capacité de stockage tout en assurant une stabilité structurelle physico-chimique à haute température.

[0018] La Demanderesse, dans le cadre de ses recherches visant à mettre au point un nouveau matériau de stockage d’énergie thermique performant pour stocker de l’énergie thermique, a pu démontrer par des essais expérimentaux, les stabilités énergétique, chimique et thermique inattendues du corps pur LiOH qui est supérieure à celle des matériaux à changement de phases de l’état de la technique et utilisés dans la même gamme de températures, tout en ayant une grande chaleur latente de fusion (supérieur à 800 J/g) afin de pouvoir stocker une grande quantité d’énergie dans un petit volume de matériau. Il possède une grande densité énergétique de stockage, soit plus de 350 kWh/m ³ (sans compter la part liée au sensible).

[0019] Lors de ces essais, il s’est avéré possible de cycler le matériau LiOH plus de 150 fois.

[0020] En particulier, la demanderesse a pu démontrer que le matériau LiOH présente une stabilité chimique à long terme permettant le cyclage du matériau, sans dégradation chimique du matériau.

[0021] Dans le cadre de la présente demande de brevet, pour un système de stockage d’énergie thermique, le terme « cyclage » désigne une succession des charges et des décharges.

[0022] De manière inattendue et contrairement à ce qui est affirmé actuellement, la demanderesse a pu démontrer qu’il est possible d’empêcher sa décomposition thermique irréversible, en Li2Û ou autre IJ3O2 ou encore IJ2CO3, et de pouvoir l’utiliser comme matériau de stockage d’énergie thermique à haute température, et en particulier dans une plage de valeurs de température étroite.

[0023] Contrairement aux matériaux composites proposés dans l’état de la technique tels que LiOH/LiBr, ou LiOH/KOH, l’utilisation du corps pur LiOH ne nécessite pas de technologie complexe ni pour sa production, ni pour son stockage et ni dans son utilisation. Il permet donc de développer des dispositifs de stockage d’énergie thermique par chaleur latente ultra-compacts, avec un coût d’investissement intéressant.

[0024] En outre, l’utilisation du matériau LiOH permet de participer au recyclage des matériaux à base de lithium, et de valoriser le matériau LiOH recyclé qui ne peut pas être réutilisé dans le domaine d’application initial. Le matériau LiOH est bon marché et permet notamment de recycler les batteries à base de lithium.

Résumé

[0025] La présente divulgation vient améliorer la situation.

[0026] Il est proposé un dispositif de stockage d’énergie thermique comprenant une unité de stockage formée par un réservoir destiné à recevoir un matériau de stockage d’énergie thermique et un dispositif de fermeture configuré pour fermer l’ouverture du réservoir, un système d’étanchéité pour rendre étanche l’unité de stockage, ledit matériau de stockage d’énergie thermique étant constitué de l’hydroxyde de lithium anhydre d’une pureté supérieure à 96% ou de l’hydroxyde de lithium monohydraté d’une pureté supérieure à 56%.

[0027] Selon un mode de réalisation, le matériau de stockage est reçu dans le réservoir de manière à laisser un espace vide entre le matériau et une face inférieure du dispositif de fermeture.

[0028] Selon un autre mode de réalisation, le matériau de stockage se présente sous une forme de particules, ou sous une forme compactée.

[0029] Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre une structure poreuse et/ou fibreuse, ladite structure étant remplie du matériau d’hydroxyde de lithium anhydre ou de l’hydroxyde de lithium monohydraté.

[0030] De préférence, la structure poreuse et/ou fibreuse est réalisée dans un matériau choisi parmi une liste des matériaux : carbone, métal, graphène, céramique, nanotubes de carbone.

[0031] Selon un mode de réalisation, ledit dispositif de fermeture comprend une tête et un corps obturateur, le réservoir comprend une ouverture entourée par un rebord extérieur, un épaulement étant aménagé dans la paroi intérieure du réservoir au niveau de l’ouverture, le corps obturateur étant destiné à venir s’engager dans l’ouverture pour fermer l’ouverture avec la tête en appui contre une face supérieure du rebord extérieur et une face inférieure du corps obturateur en appui contre l’épaulement, la face inférieure du corps obturateur étant séparée du matériau par un espace vide.

[0032] Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants peuvent, optionnellement, être mises en œuvre, indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : [0033] Le système d’étanchéité comprend un disque d’étanchéité en matériau graphite interposé entre le corps obturateur et l’épaulement.

[0034] Le dispositif comprend en outre une pâte thermique interposée entre le corps obturateur et le disque d’étanchéité en matériau graphite.

[0035] Le système d’étanchéité comprend une couche de soudure interposée entre la tête et la face supérieure du rebord extérieur.

[0036] Le dispositif de fermeture est fixé au réservoir par des éléments de fixation lorsque le corps obturateur est engagé dans l’ouverture du réservoir pour fermer l’ouverture.

[0037] Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre un réseau de circulation d’un fluide caloporteur immergé dans le matériau d’hydroxyde de lithium, ledit réseau comprenant au moins une entrée pour introduire le fluide à l’intérieur du matériau à des fins de stockage d’énergie thermique et à des fins de prélèvement d’énergie thermique, et au moins une sortie pour guider le fluide à l’extérieur du matériau.

[0038] Selon un autre aspect de la présente invention, il est proposé un procédé de stockage et de libération d’énergie thermique mettant en œuvre le dispositif tel que décrit ci-dessus, le procédé comprenant les étapes suivantes :

Placer le matériau d’hydroxyde de lithium dans un réservoir de stockage ;

- Fermer le réservoir par le dispositif de fermeture de manière à rendre l’unité de stockage étanche ;

- Chauffer le matériau d’hydroxyde de lithium jusqu’à une température maximale correspondant à la transition solide/liquide pour stocker de l’énergie thermique;

- Refroidir le matériau d’hydroxyde de lithium jusqu’à une température minimale, inférieure à la température de ramollissement, pour libérer de l’énergie thermique.

Brève description des dessins

[0039] D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :

Fig. 1

[0040] [Fig. 1] la figure 1 représente une vue schématique de section d’un dispositif de stockage d’énergie thermique selon un mode de réalisation.

Fig. 2

[0041] [Fig. 2] la figure 2 représente une vue schématique de section d’un dispositif de stockage d’énergie thermique selon un autre mode de réalisation.

Fig. 3

[0042] [Fig. 3] la figure 3 représente une vue schématique de section d’un dispositif de stockage d’énergie thermique selon un autre mode de réalisation. Fig. 4

[0043] [Fig. 4] la figure 4 représente une vue schématique en perspective du dispositif de stockage d’énergie thermique de la figure 3.

Fig. 5

[0044] [Fig. 5] la figure 5 représente une vue schématique en perspective du dispositif de stockage d’énergie thermique selon un autre mode de réalisation.

Fig. 6

[0045] [Fig. 6] la figure 6 représente une vue schématique en perspective du dispositif de stockage d’énergie thermique selon un autre mode de réalisation.

Fig. 7

[0046] [Fig. 7] la figure 7 montre un protocole de cyclage thermique utilisé pour un volume donné de matériau d’hydroxyde de lithium.

Fig. 8

[0047] [Fig. 8] la figure 8 montre l’évolution des enthalpies de fusion (C1 ) et l’évolution des enthalpies de solidification (C2) au cours des 153 cycles thermiques pour un échantillon de 60 mg de LiOH.

Fig. 9

[0048] [Fig. 9] la figure 9 montre de manière schématique une centrale solaire thermique comprenant un dispositif de stockage d’énergie thermique selon un mode de réalisation.

Fig. 10

[0049] [Fig. 10] la figure 10 montre de manière schématique une centrale nucléaire comprenant un dispositif de stockage d’énergie thermique selon un mode de réalisation.

Fig. 11

[0050] [Fig. 11] la figure 11 montre l’évolution du flux de chaleur (C3) et l’évolution de la température (C4) pour un échantillon de 60 mg de LiOH dans un creuset dépourvu de trou au cours des cycles thermiques.

Fig. 12

[0051] [Fig. 12] la figure 12 montre l’évolution de l’enthalpie de fusion (C5) et l’évolution de l’enthalpie de solidification (C6) au cours des 70 cycles thermiques pour un échantillon de 60 mg de LiOH contenu dans un creuset fermé par une colle céramique.

Fig. 13

[0052] [Fig. 13] la figure 13 montre l’évolution de l’enthalpie de solidification (C7) et l’évolution de l’enthalpie de fusion (C8) au cours des 170 cycles thermiques pour un échantillon de 60 mg de LiOH contenu dans un creuset rendu étanche par une couche de soudure. Fig. 14

[0053] [Fig. 14] la figure 14 montre l’évolution de I’enthalpie de solidification (C9) et l’évolution de l’enthalpie de fusion (C10) au cours des 500 cycles thermiques pour un échantillon de 60 mg de LiOH contenu dans un creuset rendu étanche par une couche de soudure.

Description des modes de réalisation

[0054] Pour les besoins de la description, il sera considéré un sens supérieur et un sens inférieur suivant un axe vertical Z du dispositif de l’invention. Les différents éléments du dispositif de stockage devront être interprétés selon ce repère.

[0055] Un dispositif de stockage d’énergie thermique est décrit ci-après en référence aux figures 1 à 6. Les mêmes numéros de référence sont utilisés pour décrire des éléments identiques.

[0056] Selon l’invention, le dispositif de stockage d’énergie thermique comprend une unité de stockage formée par un réservoir destiné à recevoir un matériau de stockage d’énergie thermique 5 et un dispositif de fermeture configuré pour fermer l’ouverture du réservoir, un système d’étanchéité pour rendre étanche l’unité de stockage. Le dispositif de fermeture est fixé au réservoir par des éléments de fixation.

[0057] Selon l’invention, le matériau de stockage d’énergie thermique 5 est constitué de l’hydroxyde de lithium (LiOH) anhydre d’une pureté supérieure à 96% ou de l’hydroxyde de lithium monohydraté d’une pureté supérieure à 56%.

[0058] Le matériau comprend, à au moins 96% en masse, de LiOH qui est utilisé pour stocker de l’énergie dans des applications mettant en œuvre des fluides caloporteurs ayant des températures supérieures à celle de la température de fonte de LiOH, qui correspond à 474 ± 2 °C.

[0059] Le LiOH se présente sous la forme de petites particules dans le réservoir ou sous forme compactée. La forme compacte, sous forme de comprimés, quelle que soit la taille, peut être envisagée.

[0060] Selon un mode de réalisation de l’invention, le LiOH est utilisé tout seul et reçu dans l’unité de stockage étanche du dispositif de stockage d’énergie thermique pour pouvoir exploiter la capacité de stockage d’énergie thermique du LiOH sans dégradation. De manière avantageuse, le dispositif de stockage peut être réalisé dans tout type de matériau compatible chimiquement avec LiOH et adapté aux températures d’usage de LiOH.

[0061] Selon un autre mode de réalisation, il est également possible d’utiliser une structure poreuse 51 ou fibreuse remplie du matériau d’hydroxyde de lithium anhydre ou de l’hydroxyde de lithium monohydraté. Cette structure est choisie de manière à permettre un remplissage maximal du matériau LiOH. Cette structure poreuse ou fibreuse est réalisée dans un matériau choisi parmi une liste des matériaux suivants : carbone, métal, graphène, céramique, nanotubes de carbone.

[0062] Dans un exemple de réalisation, le remplissage de la structure poreuse ou fibreuse est effectué par infiltration. Le matériau LiOH s’infiltre dans les pores de la structure par effet de gravité. [0063] Selon un autre exemple de réalisation, le remplissage de la structure poreuse ou fibreuse est effectué par imprégnation. Le matériau LiOH remplit les pores de la structure sous l’effet de la pression appliquée par un dispositif extérieur de la structure.

[0064] Les différents modes de réalisation possible du dispositif de stockage vont être décrits ci- après en référence aux figures 1 à 6.

[0065] En référence à la figure 1 et selon un mode de réalisation, le dispositif de stockage d’énergie thermique 1 comprend un réservoir 3 dans lequel est reçu le matériau d’hydroxyde de lithium 5 et un dispositif de fermeture 2.

[0066] Le dispositif de fermeture 2 comprend une tête 2A et un corps obturateur 2B présentant une forme sensiblement cylindrique.

[0067] Le réservoir 3 comprend un corps principal 3B renfermant une chambre dans laquelle est reçu le matériau 5. L’extrémité supérieure du corps principal définit une ouverture entourée par un rebord extérieur 3A. Un épaulement 11 est aménagé dans la paroi intérieure du réservoir à proximité de l’ouverture.

[0068] Le corps obturateur 2B est destiné à venir fermer l’ouverture par insertion dans l’ouverture du réservoir. Dans cette position de fermeture, la tête 2A est en appui contre une face supérieure du rebord extérieur 3A et une face inférieure du corps obturateur 2B est en appui contre l’épaulement 11.

[0069] Selon l’invention, le volume du matériau de stockage d’énergie thermique 5 reçu dans la chambre du corps principal 3B du réservoir est défini de sorte que lorsque le corps obturateur 2B est mis en place dans l’ouverture pour fermer le réservoir, la face inférieure du corps obturateur 2B est séparée du matériau de stockage d’énergie thermique 5 par un espace vide 6.

[0070] La présence de cet espace vide 6 permet de respecter le volume d’occupation requis par le matériau lors de sa transition réversible entre l’état solide et l’état liquide afin d’éviter une surpression.

[0071] Dans le mode de réalisation présente sur la figure 1 , l’ensemble formé par le dispositif de fermeture 2 et le réservoir 3 est rendu étanche par la présence d’une couche de soudure 4 réalisée et interposée entre la tête 2A et le rebord extérieur 3A. La présence de cette couche de soudure 4 permet d’assurer également la fixation du dispositif de fermeture 2 au réservoir 3.

[0072] Le dispositif de stockage comprend en outre un réseau de circulation d’un fluide caloporteur immergé dans le matériau d’hydroxyde de lithium comme l’illustrent les figures 9 et 10. Ce fluide caloporteur est adapté pour le transfert de l’énergie thermique au matériau LiOH 5 contenu dans la chambre du réservoir et le prélèvement de l’énergie thermique à partir du matériau LiOH. Le dispositif de stockage comprend une ou plusieurs entrées pour introduire par exemple le fluide réchauffé à l’intérieur du réservoir dans lequel il transfère de l’énergie thermique. Le fluide ayant cédé l’énergie thermique est ensuite guidé par l’intermédiaire d’une ou plusieurs sorties à l’extérieur du réservoir. Dans la phase où le dispositif de stockage d’énergie cède de l’énergie thermique, un fluide refroidi est introduit dans le réservoir par l’intermédiaire de l’entrée pour prélever de l’énergie thermique. Le fluide ayant absorbé de l’énergie thermique est ensuite guidé par l’intermédiaire d’une ou plusieurs sorties à l’extérieur du réservoir.

[0073] A titre d’exemple et en référence à la figure 1 , le dispositif de stockage comprend une entrée 7 et une sortie 9 pour la circulation du fluide. Le sens du flux est indiqué par les flèches.

[0074] La figure 2 représente un autre mode de réalisation du dispositif de stockage d’énergie thermique.

[0075] Ce dispositif 10 comprend également un réservoir 13 dans lequel est reçu le matériau d’hydroxyde de lithium 5 et un dispositif de fermeture 12.

[0076] Le dispositif de fermeture 12 comprend une tête 12A et un corps obturateur 12B.

[0077] Le réservoir 13 comprend un corps principal 13B renfermant une chambre dans laquelle est reçu le matériau 5. L’extrémité supérieure du corps principal définit une ouverture entourée par un rebord extérieur 13A. Un épaulement 16 est aménagé dans la paroi intérieure du réservoir à proximité de l’ouverture.

[0078] Dans la position de fermeture, la tête 12A est en appui contre une face supérieure du rebord extérieur 13A et une face inférieure du corps obturateur 12B est en appui contre l’épaulement 16.

[0079] L’ensemble formé par le dispositif de fermeture 12 et le réservoir 13 est rendu étanche par la présence d’une couche de soudure réalisé entre la tête 12A et le rebord extérieur 13A. La présence de cette couche de soudure permet d’assurer également la fixation du dispositif de fermeture au réservoir.

[0080] Dans le mode de réalisation présente sur la figure 2 qui est particulièrement avantageux, l’étanchéité de l’ensemble formé par le dispositif de fermeture 12 et le réservoir 13 est également assurée par la présence d’un disque d’étanchéité en matériau graphite parfaitement lisse 8 interposé entre une face inférieure du corps obturateur 12B et l’épaulement 16. La présence de ce disque 8 permet d’assurer l’étanchéité de l’unité de stockage, en complément de la soudure 4.

[0081] Comme l’illustre la figure 2, le volume du matériau de stockage d’énergie thermique 5 reçu dans la chambre du réservoir est défini de sorte que lorsque le corps obturateur est mis en place dans l’ouverture pour fermer le réservoir, la face inférieure du disque d’étanchéité 8 en matériau graphite est séparée du matériau de stockage 5 par un espace vide 6. La présence de ce disque est particulièrement avantageuse, car lors de la transition de phase solide/liquide, le matériau LiOH même s’il rentre en contact avec le disque en matériau graphite, il n’y a aucune adhérence entre eux. LiOH ne mouille pas le disque en graphite qui repousse ce dernier, favorisant par là-même l’étanchéité du dispositif.

[0082] La figure 3 représente encore un autre mode de réalisation du dispositif de stockage d’énergie thermique.

[0083] Ce dispositif 20 comprend également un réservoir 23 dans lequel est reçu le matériau d’hydroxyde de lithium 5 et un dispositif de fermeture 22. [0084] Le dispositif de fermeture 22 comprend une tête 22A et un corps obturateur 22B.

[0085] Le réservoir 23 comprend un corps principal 23B renfermant une chambre dans laquelle est reçu le matériau de stockage d’énergie thermique 5. L’extrémité supérieure du corps principal définit une ouverture d’entrée entourée par un rebord extérieur 23A. Un épaulement 26 est aménagé dans la paroi intérieure du réservoir à proximité de l’ouverture.

[0086] Dans la position de fermeture, la tête 22A est en appui contre une face supérieure du rebord extérieur 23A et une face inférieure du corps obturateur 22B est en appui contre l’épaulement 26.

[0087] Comme dans le cas de la figure 2, l’étanchéité de l’ensemble formé par le dispositif de fermeture 22 et le réservoir 23 est également assurée par la présence d’un disque d’étanchéité en matériau graphite 8 interposé entre une face inférieure du corps obturateur 22B et l’épaulement 26. Le volume du matériau 5 reçu dans la chambre du réservoir 23B est défini de sorte que lorsque le corps obturateur 22B est mis en place dans l’ouverture pour fermer le réservoir, la face inférieure du disque d’étanchéité 8 en matériau graphite est séparée du matériau de stockage 5 par un espace vide 6.

[0088] Le dispositif de stockage 20 comprend en outre des éléments de fixation mécanique 24, 25 pour fixer ensemble le dispositif de fermeture 22 et le réservoir 23. A titre d’exemple et en référence à la figure 4, une pluralité de trous de fixation 25 sont aménagés dans le rebord extérieur 23A et une pluralité de trous de fixations traverssantes dans la tête 22A. Lorsque le dispositif de fermeture 22 est en position de fermeture, les trous de fixation de la tête et les trous du rebord extérieur sont en regard pour recevoir des tiges de fixation 24. L’intérêt de cette variante permet l’ouverture et la fermeture du dispositif à volonté.

[0089] La figure 5 représente un autre mode de réalisation du dispositif de stockage d’énergie thermique.

[0090] Ce dispositif 40 comprend également un réservoir 43 dans lequel est reçu le matériau d’hydroxyde de lithium 5 et un dispositif de fermeture 42.

[0091] Le dispositif de fermeture 42 comprend une tête 42A et un corps obturateur 42B.

[0092] Le réservoir 43 comprend un corps principal 43B renfermant une chambre dans laquelle est reçu le matériau 5. L’extrémité supérieure du corps principal 43B définit une ouverture d’entrée entourée par un rebord extérieur 43A. Un épaulement 46 est aménagé dans la paroi intérieure du réservoir à proximité de l’ouverture.

[0093] Comme dans le cas des figures 2 et 3, l’étanchéité de l’ensemble formé par le dispositif de fermeture 42 et le réservoir 43 est également assurée par la présence d’un disque d’étanchéité en matériau graphite 8 interposé entre une face inférieure du corps obturateur 42B et l’épaulement 46. Le volume du matériau 5 reçu dans la chambre du réservoir 43B est défini de sorte que lorsque le corps obturateur 42B est mis en place dans l’ouverture pour fermer le réservoir, la face inférieure du disque d’étanchéité 8 en matériau graphite est séparée du matériau de stockage 5 par un espace vide 6. [0094] En outre, le dispositif de stockage 40 comprend une pâte thermique 47 interposée entre la face inférieure du corps obturateur 42B et le disque d’étanchéité 8. De préférence, cette pâte thermique 47 recouvre une périphérie extérieure du disque 8. La pâte thermique intervient ici comme un complément d’étanchéité pour renforcer l’étanchéité.

[0095] A titre d’exemple, le dispositif de stockage 40 comprend en outre des éléments de fixation mécanique 44 pour fixer ensemble le dispositif de fermeture 42 et le réservoir 43, comme dans le mode de réalisation de la figure 3. Selon une autre variante, le dispositif de fermeture 42 est fixé au réservoir 43 par une couche de soudure comme dans le cas des figures 1 et 2.

[0096] De manière générale, le dispositif de fermeture 42 peut être fixé au réservoir 43 par tout moyen de solidarisation approprié.

[0097] La figure 6 représente un autre mode de réalisation du dispositif de stockage d’énergie thermique.

[0098] Ce dispositif 30 comprend également un réservoir 33 dans lequel est reçu le matériau d’hydroxyde de lithium 5 et un dispositif de fermeture 32.

[0099] Le dispositif de fermeture 32 comprend une tête 32A et un corps obturateur 32B.

[0100] Le réservoir 33 comprend un corps principal 33B renfermant une chambre dans laquelle est reçu le matériau 5. L’extrémité supérieure du corps principal définit une ouverture d’entrée entourée par un rebord extérieur 33A. Un épaulement 36 est aménagé dans la paroi intérieure du réservoir à proximité de l’ouverture.

[0101] Comme dans le cas des figures 2, 3 et 4, l’étanchéité de l’ensemble formé par le dispositif de fermeture 32 et le réservoir 33 est également assurée par la présence d’un disque d’étanchéité en matériau graphite 8 interposé entre une face inférieure du corps obturateur 32B et l’épaulement 36. Le volume du matériau 5 reçu dans la chambre du réservoir 33B est défini de sorte que lorsque le corps obturateur 32B est mis en place dans l’ouverture pour fermer le réservoir, la face inférieure du disque d’étanchéité 8 en matériau graphite est séparée du matériau de stockage 5 par un espace vide 6.

[0102] Le dispositif de stockage 30 comprend en outre des éléments de fixation mécanique 34, 35 pour fixer ensemble le dispositif de fermeture 32 et le réservoir 33.

[0103] Comme l’illustre la figure 6 et à titre d’exemple, la surface externe du corps obturateur 32B est munie d’un filetage externe 34 et la paroi interne du réservoir 33 au niveau de l’ouverture est munie d’un filetage interne complémentaire 35 qui s’étend depuis l’extrémité supérieure de l’ouverture jusqu’à l’épaulement 36. Le dispositif de fermeture est ainsi fixé au réservoir en vissant le corps obturateur 32B dans l’ouverture.

[0104] Les résultats expérimentaux menés par la demanderesse montrent de manière inattendue les capacités de stockage d’énergie thermique du corps pur LiOH qui sont supérieures à celles des matériaux à changement de phases à base de sels actuellement utilisés et proposés dans la même gamme de températures de fonctionnement. [0105] Les résultats expérimentaux montrent également des grandes stabilités énergétique, chimique et thermique du LiOH qui peut subir de nombreux cycles thermiques sans se décomposer.

[0106] Il est maintenant fait référence à la figure 1 pour décrire un protocole expérimental appliqué dans le cadre des tests expérimentaux menés par la demanderesse pour montrer la possibilité de cycler le LiOH seul comme matériau de stockage thermique par chaleur latente.

[0107] Dans le cadre des tests expérimentaux, un calorimètre différentiel à balayage est utilisé pour déterminer les températures de transition d’intérêt et les enthalpies massiques associées.

[0108] La calorimétrie différentielle à balayage (en anglais Différentiel Scanning Calorimetry - DSC) est une technique d’analyse connue dans la caractérisation des matériaux à changement de phases. Elle consiste à soumettre deux creusets identiques dont un contenant l’échantillon et un autre vide servant de référence. Les deux creusets sont soumis à des sollicitations thermiques identiques, afin de mesurer la différence d’énergie nécessaire pour faire évoluer leur température de manière identique. Ainsi, il est possible de caractériser les comportements exothermiques ou endothermiques des matériaux, et notamment du matériau LiOH. Dans le cadre des tests menés, la demanderesse utilise un DSC produit par Setaram.

[0109] La figure 7 illustre un exemple de thermogramme appliqué par le calorimètre pour caractériser un échantillon LiOH. La température de consigne de chaque phase peut être exprimée en fonction du temps sous la forme d’une fonction linéaire : Te (t) = T0 + a x t, avec T0 la température initiale, a la vitesse de variation de la température et t le temps.

[0110] Le programme de température est constitué d’une série de cycles et chaque cycle est constitué de quatre phases : une rampe de chauffage, une phase isotherme de fusion avec a qui est nul, une rampe de refroidissement et une phase isotherme de solidification.

[0111] Le cycle thermique se décrit de la façon suivante. Dans la première phase du cycle (1 ), une vitesse de chauffe, variant de 0,5 °C/min à 50 °C/min en partant de la température ambiante jusqu’à la température maximale de 520 °C. Dans un autre exemple de réalisation, la température maximale peut être supérieure à cette valeur. Dans une deuxième phase, un palier de 520 °C est appliquée dont la durée dépend de la quantité de LiOH et de la vitesse de chauffe appliquée. Dans une troisième phase, un refroidissement est appliqué avec une vitesse de refroidissement variant de 0,5 °C/min et 50 °C/min. Il n’est pas nécessaire de descendre jusqu’à la température ambiante entre chaque cycle. La température minimale fixée ne doit pas être inférieure à la température de transition structurale de premier ordre de LiOH (dite de température de « softening », ou de ramollissement en français, de LiOH qui a lieu juste avant la fonte et juste après la solidification, déterminée pour la vitesse de refroidissement appliquée. Dans le cas de l’échantillon de 60 mg présenté ci-dessous, la température minimale appliquée est de 250 °C.

[0112] Une première série correspond à des échantillons de LiOH de masses comprises entre 20 mg et 100 mg qui ont pour objectif de démontrer la stabilité du matériau et l’enthalpie associée au matériau en fonction du nombre de cycles. Les essais de cyclage thermique ont été effectués dans des creusets de Calorimètre Différentiel à Balayage dont l’étanchéité est assurée par l’utilisation d’une colle céramique et/ou de colle de frein filet au niveau des pas de vis.

[0113] Une seconde série, de plus de 50 cycles thermiques, correspond à des échantillons de LiOH de masses comprises entre 30 g et 160 g qui ont pour objectif de démontrer la possibilité de cycler le matériau de LiOH à une plus grande échelle en vue d’une mise à l’échelle industrielle. Les essais de cyclage thermique ont été effectués dans un réservoir standard dont l’étanchéité est assurée par l’utilisation d’un opercule de papier graphite et d’une pâte thermique haute température au niveau du dispositif de fermeture comme dans le cas de la figure 5.

Exemples

[0114] Une étude expérimentale a permis de démontrer les performances de stockage de l’hydroxyde de lithium.

[0115] Les caractéristiques du matériau LiOH utilisé sont présentées dans le Tableau 1 ci-dessous.

[0116] [Tableau 1]

;0117] L’évolution des enthalpies de fusion et de solidification mesurées au cours de 153 cycles thermiques appliqués selon le protocole de la figure 7 sur un échantillon de 60 mg de LiOH est représentée en fonction du nombre de cycles sur la figure 8. L’enthalpie de fusion correspond à la chaleur latente de fusion et l’enthalpie de solidification à la chaleur latente de solidification.

[0118] Sur la figure 8, la courbe C1 représente l’évolution des enthalpies de fusion et la courbe C2 représente l’évolution des enthalpies de solidification d’un échantillon de 60 mg de LiOH. Les valeurs des enthalpies obtenues varient selon la vitesse de chauffe et de refroidissement appliquées. Les valeurs d’enthalpies de fusion varient entre 630 et 1374 J/g et les valeurs d’enthalpies de solidification varient entre 644 et 877 J/g.

[0119] Les paramètres du protocole utilisé pour chacune des étapes numérotées de 1 à 11 sur la figure 2 sont résumés dans le tableau 2 ci-dessous.

[0120] [Tableau 2]

[0121] Les résultats des cinq premiers sont décrits ci-dessous.

[0122] Etape 1

[0123] L’échantillon de 60 mg a été soumis à 22 cycles. La valeur d’enthalpie massique de fusion pour une vitesse de chauffe appliquée de 21 °C/min varie entre 947 J/g et 1063 J/g. La valeur d’enthalpie massique de solidification pour une vitesse de refroidissement appliquée de 6 °C/min varie entre 768 J/g et 877 J/g. Les pesées avant et après les 22 cycles montrent une perte d’environ de 0,26%. Aucune trace de LiOH n’est observée sur les parois du creuset du four DSC.

[0124] Etape 2

[0125] Le même échantillon de 60 mg a été ensuite soumis à 14 cycles. La valeur d’enthalpie massique de fusion pour une vitesse de chauffe appliquée de 22 °C/min varie entre 925 J/g et 965 J/g. La valeur d’enthalpie massique de solidification pour une vitesse de refroidissement appliquée de 6 °C/min varie entre 750 J/g et 774 J/g. Les pesées avant et après les 14 cycles montrent une perte d’environ de 0,26%. Aucune trace de LiOH n’est observée sur les parois du creuset du four DSC.

[0126] Etape 3

[0127] Le même échantillon de 60 mg a été ensuite soumis à 14 cycles. La valeur d’enthalpie massique de fusion pour une vitesse de chauffe appliquée de 23 °C/min varie entre 898 J/g et 939 J/g. La valeur d’enthalpie massique de solidification pour une vitesse de refroidissement appliquée de 6 °C/min varie entre 663 J/g et 686 J/g. Les pesées avant et après les 14 cycles montrent une perte d’environ de 0,021 %. Aucune trace de LiOH n’est observée sur les parois du creuset du four DSC.

[0128] Etape 4 [0129] Le même échantillon de 60 mg a été ensuite soumis à 14 cycles. La valeur d’enthalpie massique de fusion pour une vitesse de chauffe appliquée de 24 °C/min varie entre 899 J/g et 939 J/g. La valeur d’enthalpie massique de solidification pour une vitesse de refroidissement appliquée de 6 °C/min varie entre 649 J/g et 663 J/g. Les pesées avant et après les 14 cycles montrent une perte dont la valeur est incluse dans l’erreur de précision de la balance. Aucune trace de LiOH n’est observée sur les parois du creuset du four DSC.

[0130] Etape 5

[0131] Le même échantillon de 60 mg a été ensuite soumis à 6 cycles. La valeur d’enthalpie massique de fusion pour une vitesse de chauffe appliquée de 22 °C/min varie entre 825 J/g et 844 J/g. La valeur d’enthalpie massique de solidification pour une vitesse de refroidissement appliquée de 6 °C/min varie entre 706 J/g et 713 J/g. Les pesées avant et après les 14 cycles montrent une perte dont la valeur est incluse dans l’erreur de précision de la balance. Aucune trace de LiOH n’est observée sur les parois du creuset du four DSC.

[0132] Au bout de 70 cycles thermiques avec une vitesse de chauffe qui varient entre 21 et 24 °C/min et une vitesse de solidification fixée à 6 °C/min, l’échantillon de LiOH a une enthalpie de fusion qui varie entre 1063 J/g et 825 J/g et une enthalpie de solidification qui varie entre 877 J/g et 649 J/g.

[0133] Les résultats des tests de cyclage thermique montrent également une grande capacité énergétique des enthalpies massiques de fusion et de solidification, avec une très grande stabilité de l’enthalpie de solidification, de l’échantillon LiOH au bout de 153 cycles thermiques appliqués.

[0134] Pour la seconde série de tests expérimentaux, avec des échantillons ayant des masses comprises entre 30 g et 160 g, un protocole de cyclage thermique similaire est appliqué et on obtient des courbes de température en fonction du temps, avec une grande reproductibilité, indiquant ainsi que le comportement énergétique de LiOH est identique à celui déterminé par la DSC. Un essai en DSC sur un échantillon de la seconde série prélevé après 30 cyclages de 160 g de LiOH a montré que les enthalpies de fusion et solidification obtenues sont de l’ordre de 825 J/g.

[0135] La figure 9 est une vue en perspective d’une centrale solaire thermique 100 comprenant un dispositif de stockage d’énergie thermique selon un des modes de réalisation décrit ci-dessus. La centrale est configurée pour alimenter en chaleur une installation 104. L’installation peut être par exemple une installation industrielle de production d’électricité, un réseau de chaleur urbain, ou encore toute autre structure. La centrale comprend ainsi un circuit hydraulique (comprenant des tuyaux, vannes, pompes, etc.) afin d’être relié à l’installation.

[0136] Sur l’exemple illustré de la figure 9, la centrale solaire thermique comprend un panneau réflecteur solaire 101. La centrale solaire thermique comprend avantageusement une pluralité de panneaux réflecteurs.

[0137] Un rayonnement solaire est réfléchi par le panneau réflecteur en direction d’un panneau récepteur solaire 102. [0138] L’irradiation du panneau récepteur permet de chauffer un fluide caloporteur, tel que de l’air, de la vapeur d’eau, de l’eau glycolée, de l’huile thermique, du sodium liquide ou un sel fondu, disposé dans des tubes. Le fluide caloporteur circule dans un circuit hydraulique jusqu’à l’installation 104.

[0139] Un des principaux problèmes de l’énergie solaire est la disponibilité de l’ensoleillement en fonction des conditions météorologiques. En outre, la demande en chaleur de la part de l’installation associée à la centrale peut également varier en fonction des besoins.

[0140] Ainsi, en fonctionnement nominal, la centrale doit permettre de produire suffisamment de chaleur pour alimenter l’installation sans pour autant dépasser une température limite, dite température cible. Le dépassement de la température cible est sinon susceptible d’entrainer une surchauffe de la centrale.

[0141] Une surchauffe peut avoir plusieurs causes, telles que :

- une stagnation du fluide caloporteur dans le circuit de la centrale, par exemple du fait d’une défaillance technique, entrainant alors une brusque augmentation de la température et de la pression ; ou

- une mauvaise adéquation entre la chaleur produite par la centrale et la consommation en chaleur de la part de l’installation. Le phénomène de surchauffe est alors lié à l’incapacité d’évacuer la chaleur produite en excès, ce qui entraine une élévation progressive de la température.

[0142] Une surchauffe peut entraîner des conséquences néfastes significatives du fait de la pression élevée ou de la température élevée, ou de la combinaison des deux, qui en résultent. Ainsi une surchauffe peut provoquer la dégradation de certains composants de la centrale ou la vaporisation du fluide caloporteur.

[0143] Afin de remédier au phénomène de surchauffe mais également pour s’affranchir du problème d’ensoleillement qui pourrait perturber la quantité de la chaleur disponible pour l’installation, la centrale solaire thermique comprend avantageusement un dispositif de stockage d’énergie thermiquel , 10, 20, 30, 40 tel que décrit ci-dessus. Le dispositif de stockage d’énergie thermique comprend un réservoir adapté pour recevoir un matériau à changement de phases qui comprend de l’hydroxyde de lithium anhydre d’une pureté supérieure à 96 % ou de l’hydroxyde de lithium monohydraté d’une pureté supérieure à 56 %. Le réservoir est fermé de manière étanche par un dispositif de fermeture selon les modalités décrites précédemment. Un espace vide nécessaire à l’expansion volumique de LiOH estimé à moins de 3% et lié à sa transition réversible entre la phase solide et la phase liquide doit être pris en compte dans le remplissage du réservoir. Un réseau de distribution de fluide caloporteur 105 est immergé dans le matériau d’hydroxyde de lithium. Ledit réseau comprend une entrée et une sortie destinées à être connectées respectivement à une entrée et une sortie d’un échangeur de chaleur 104 qui est connecté au circuit hydraulique de distribution de fluide caloporteur de la centrale solaire thermique.

[0144] Le dispositif de stockage d’énergie thermique est ainsi situé en amont de l’installation qui utilise toute ou partie de l’énergie solaire. Le matériau à changement de phases LiOH échange de l’énergie avec le fluide caloporteur à travers l’échangeur pour le stockage et la restitution de l’énergie thermique. Lors du stockage de l’énergie thermique, le fluide caloporteur provenant de l’échangeur échange de la chaleur avec le matériau à changement de phases LiOH et chauffe le matériau LiOH jusqu’à ce qu’il change de phase, c’est-à-dire d’une phase solide à une phase liquide. Lorsque le matériau LiOH atteint sa température de changement de phases, il absorbe une quantité d’énergie de chaleur pour réaliser sa transformation. La chaleur apportée au matériau pour accomplir le changement de phases est ainsi stockée de façon isotherme dans le matériau. Lors de la restitution de l’énergie thermique, le fluide caloporteur de l’échangeur permet de refroidir le matériau LiOH jusqu’à ce qu’il change de phases, c’est-à-dire d’une phase liquide à une phase solide. Lors de ce changement de phases, la chaleur est restituée par le matériau LiOH pour chauffer le fluide caloporteur.

[0145] Grâce au dispositif de stockage d’énergie thermique, il est possible de surdimensionner la capacité de la centrale sans risque de surchauffe. La centrale étant de grande capacité, la chaleur produite par celle-ci peut être gérée par le dispositif de stockage d’énergie thermique en fonction des besoins de l’installation. Le dispositif de stockage d’énergie thermique permet également de résoudre les problèmes d’intermittence de l’énergie solaire.

[0146] La figure 10 est une vue en perspective d’une centrale nucléaire à réacteur haute température 200 comprenant un dispositif de stockage d’énergie thermique selon un des modes de réalisation décrits ci-dessus. La centrale est configurée pour alimenter en chaleur une installation 204. L’installation peut être par exemple une installation industrielle de production d’électricité, un réseau de chaleur urbain, ou encore toute autre structure. La centrale comprend ainsi un circuit hydraulique (comprenant des tuyaux, vannes, pompes, etc.) afin d’être relié à l’installation.

[0147] Sur l’exemple illustré de la figure 10, la centrale nucléaire comprend un réacteur 201 dont la chaleur produite permet de chauffer un fluide caloporteur, disposé dans des tubes. Le fluide caloporteur circule dans un circuit hydraulique jusqu’à l’installation 204.

[0148] Afin de gérer la chaleur produite par la centrale en fonction des besoins de l’installation, la centrale nucléaire comprend avantageusement un dispositif de stockage d’énergie thermique 1 , 10, 20, 30, 40 selon un mode de réalisation. Le dispositif de stockage d’énergie thermique comprend un réservoir adapté pour recevoir un matériau à changement de phases d’hydroxyde de lithium anhydre d’une pureté supérieure à 96 % ou de l’hydroxyde de lithium monohydraté d’une pureté supérieure à 56 %. Le réservoir est fermé de manière étanche par un dispositif de fermeture selon les modalités décrites précédemment. Un réseau de distribution de fluide caloporteur 205 est immergé dans le matériau d’hydroxyde de lithium. Ledit réseau comprend une entrée et une sortie destinées à être connectées respectivement à une entrée et une sortie d’un échangeur de chaleur 204 qui est connecté au circuit hydraulique de distribution de fluide caloporteur de la centrale nucléaire 200.

[0149] Le dispositif de stockage d’énergie thermique est ainsi situé en amont de l’installation 204 qui utilise toute ou partie de l’énergie nucléaire. De manière similaire, le matériau à changement de phases LiOH échange de l’énergie avec le fluide caloporteur à travers l’échangeur pour le stockage et la restitution de l’énergie thermique. Lors du stockage de l’énergie thermique, le fluide caloporteur provenant de l’échangeur échange de la chaleur avec le matériau à changement de phases LiOH et chauffe le matériau LiOH jusqu’à ce qu’il change de phase, c’est-à-dire d’une phase solide à une phase liquide. Lorsque le matériau LiOH atteint sa température de changement de phases, il absorbe une quantité d’énergie thermique pour réaliser sa transformation. La chaleur apportée au matériau pour accomplir le changement de phases est ainsi stockée de façon isotherme dans le matériau. Lors de la restitution de l’énergie thermique, le fluide caloporteur de l’échangeur permet de refroidir le matériau LiOH jusqu’à ce qu’il change de phases, c’est-à-dire d’une phase liquide à une phase solide. Lors de ce changement de phases, la chaleur est restituée par le matériau LiOH pour chauffer le fluide caloporteur.

[0150] Grâce au dispositif de stockage d’énergie thermique de la présente invention, il est possible de surdimensionner la capacité de la centrale thermique sans risque de surchauffe. La centrale étant de grande capacité, la chaleur produite par celle-ci peut être gérée par le dispositif de stockage d’énergie thermique en fonction des besoins de l’installation. Dans le cas de la centrale solaire thermique, le dispositif de stockage d’énergie thermique permet également de résoudre les problèmes d’intermittence de l’énergie solaire et de lisser les productions électriques le plus possible.

[0151] Exemple de test de la stabilité énergétique de LiOH contenu dans une unité de stockage étanche

[0152] Une série d’études expérimentales ont été menées par la demanderesse pour montrer la stabilité énergétique, chimique et thermique du LiOH qui peut subir de nombreux cycles thermiques sans se décomposer et se dégrader, lorsque le matériau est contenu dans une unité de stockage étanche, contrairement aux solutions techniques existantes.

[0153] La figure 11 montre les résultats d’une première étude de stabilité énergétique de LiOH avec un calorimètre différentiel à balayage (DSC). Les creusets conventionnels commercialisés sont munis d’un trou de dimension millimétrique qui a pour fonction d’éviter tout problème de surpression. Le creuset utilisé dans le cadre de cette première étude est modifié par rapport au creuset commercialisé. Il ne comporte pas de trou, contrairement au creuset conventionnel, permettant ainsi d’apporter une première amélioration d’étanchéité mécanique entre le bouchon et le corps du creuset dans lequel est disposé 60 mg de matériau LiOH.

[0154] Les caractéristiques du matériau LiOH sont présentées dans le tableau 1 ci-dessus.

[0155] La courbe C3 représente le flux de chaleur en fonction du temps et la courbe C4 représentent la température en fonction du temps. Les résultats expérimentaux montrent que dès le premier cycle, une diminution drastique de l’enthalpie jusqu’à sa décomposition en Li2Û au troisième cycle est observée. Cette diminution est attribuée à la perte de LiOH lors de la chauffe et la condensation de la vapeur de LiOH sur les parois du four du calorimètre entraîne la décomposition de LiOH.

[0156] La figure 12 montre les résultats expérimentaux d’une deuxième étude de stabilité énergétique de LiOH dans laquelle une colle céramique est disposée entre le bouchon et le corps du creuset utilisé dans la première étude expérimentale pour améliorer l’étanchéité.

[0157] La courbe C5 représente l’enthalpie de fusion en fonction du nombre de cycles thermiques appliqués et la courbe C6 représente l’enthalpie de solidification en fonction du nombre de cycles thermiques appliquées. Les courbes d’enthalpie de fusion C5 et de solidification C6 montrent que grâce à la présence de la colle céramique, les pertes d’enthalpie ont été observées après avoir appliqué quatorze cycles.

[0158] La figure 13 montre les résultats expérimentaux d’une troisième étude de stabilité énergétique de LiOH dans laquelle l’ensemble formé par le dispositif de fermeture 2 et le réservoir 3 est rendu étanche par une couche de soudure tel que décrit ci-dessus en référence aux figures 1 et 2.

[0159] La courbe C7 représente l’enthalpie de solidification en fonction du nombre de cycles thermiques appliqués et la courbe C8 représente l’enthalpie de fusion en fonction du nombre de cycles thermiques appliqués. Les courbes C7 et C8 montrent qu’il n’y a aucune perte d’enthalpie au bout de 170 cycles thermiques. Les résultats expérimentaux montrent ainsi qu’il est possible de cycler thermiquement le matériau LiOH sans aucune perte d’enthalpie, c’est-à-dire sans dégradation du matériau.

[0160] La figure 14 montre les résultats expérimentaux d’une quatrième étude énergétique de LiOH dans laquelle le même creuset que celui de la troisième étude a été utilisé et le nombre de cycles thermiques appliqués a été augmenté.

[0161] La courbe C9 représente l’enthalpie de solidification en fonction du nombre de cycles thermiques appliqués et la courbe C10 représente l’enthalpie de fusion en fonction du nombre de cycles thermiques appliqués. Les courbes C9 et C10 montrent qu’il n’y a aucune perte d’enthalpie au bout de 500 cycles thermiques. Les résultats expérimentaux montrent ainsi la grande stabilité énergétique du matériau LiOH, grâce à la présence du système d’étanchéité mis en place pour assurer l’étanchéité de l’unité de réservoir dans laquelle est stocké le matériau LiOH. Ce système d’étanchéité peut être une couche de soudure. Selon certains modes de réalisation, ce disque de soudure peut être utilisé en combinaison avec un disque d’étanchéité en matériau graphite. La présence de ce matériau graphite, sous forme de feuille plus ou moins épaisse disponible sur le marché, empêche LiOH en phase liquide, mais aussi la vapeur de LiOH qui se forme dans le creuset pendant la chauffe, d’adhérer au couvercle. La non-mouillabilité de LiOH avec ce disque de graphite renforce encore l’étanchéité du dispositif, LiOH ne pouvant se déposer et se condenser entre le couvercle et le corps du réservoir.

Application industrielle

[0162] Les résultats issus des tests de cyclage menés par la demanderesse montrent qu’il est possible de cycler le LiOH anhydre d’une pureté supérieure à 96 % ou de l’hydroxyde de lithium monohydraté d’une pureté supérieure à 56 %, contrairement à ce qui est affirmé actuellement, en utilisant une unité de stockage étanche adaptée. En empêchant sa décomposition thermique irréversible en Li2Û ou tout autre composé, une énergie thermique peut être chargée et déchargée par le LiOH anhydre d’une pureté supérieure à 96 % ou de l’hydroxyde de lithium monohydraté d’une pureté supérieure à 56 %en vue d’être convertie ou non sous une autre forme d’énergie, telle que l’énergie électrique. [0163] L’utilisation du matériau à changement de phases LiOH comme nouveau matériau de stockage d’énergie thermique par chaleur latente avec une température au moins égale à celle de fonte de LiOH, à pression atmosphérique, permet une intégration simplifiée dans des centrales exploitant des énergies renouvelables telles que les centrales solaires, afin de gérer le stockage de l’énergie thermique.

[0164] L’utilisation de LiOH anhydre d’une pureté supérieure à 96 % ou de l’hydroxyde de lithium monohydraté d’une pureté supérieure à 56 % permet de développer des dispositifs de stockage d’énergie thermique par chaleur latente ultra-compacts à un coût de fabrication plus intéressant que les dispositifs de stockage proposés actuellement. Par ailleurs, il suffit d’une seule unité de stockage étanche pour une exploitation de la chaleur latente contrairement aux deux (minimum) nécessaires pour une exploitation par chaleur sensible.

[0165] La présente divulgation ne se limite pas aux exemples de réalisation décrits précédemment et fournis à titre d’exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l’homme de l’art dans le cadre de la protection recherchée.