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EP4413180A1 - Convertisseur photoélectrochimique pour la production de dihydrogène - Google Patents

Convertisseur photoélectrochimique pour la production de dihydrogène

Info

Publication number
EP4413180A1
EP4413180A1 EP22798310.3A EP22798310A EP4413180A1 EP 4413180 A1 EP4413180 A1 EP 4413180A1 EP 22798310 A EP22798310 A EP 22798310A EP 4413180 A1 EP4413180 A1 EP 4413180A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
anode
purge
cathode
module
converter according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22798310.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Michel PELLAT
Guilhem Roux
Sophie CHARTON
Angela R.A. MARAGNO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP4413180A1 publication Critical patent/EP4413180A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/50—Processes
    • C25B1/55—Photoelectrolysis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/60—Constructional parts of cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
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    • C25B9/60—Constructional parts of cells
    • C25B9/65—Means for supplying current; Electrode connections; Electric inter-cell connections
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/60—Constructional parts of cells
    • C25B9/67—Heating or cooling means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S10/00—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power
    • H02S10/20—Systems characterised by their energy storage means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/40—Thermal components
    • H02S40/42—Cooling means
    • H02S40/425—Cooling means using a gaseous or a liquid coolant, e.g. air flow ventilation, water circulation

Definitions

  • the present invention relates to a photoelectrochemical converter for the generation of dihydrogen.
  • a gaseous release of dihydrogen is produced at the level of the cathode which can then be stored for later use as fuel to generate electrical energy within a fuel cell.
  • the Becker et al. also includes a water cooling network for the photovoltaic module to prevent excessive heating of this module under the effect of solar radiation.
  • the invention proposes a photoelectrochemical converter comprising an electrochemical module and a photovoltaic module superimposed on the electrochemical module, the electrochemical module comprising:
  • an anode box comprising at least two housings separated by a partition
  • each electrolytic unit comprising an electrically powered electrolytic cell by the photovoltaic module to generate dihydrogen by electrolysis of water, an anode flow plate and a cathode block which sandwich the electrolysis cell, each electrolysis cell bounding with the cathode block of the electrolytic unit corresponding a cathode chamber and with the anode plate of the corresponding electrolytic unit an anode chamber for the circulation of fluid in contact with said electrolysis cell.
  • the converter according to the invention thus has a photovoltaic module which extends over several electrolytic units. It can thus provide high electrical power to all of said units, which makes it possible to obtain a high hydrogen generation efficiency.
  • the electrolytic units are not superposed and separated by the partition, the replacement of an electrolytic unit is facilitated in the event that one of them becomes defective.
  • the photovoltaic module can thus have a large surface for capturing light as well as a large surface for heat exchange with the electrochemical module.
  • the cathode blocks are arranged between the photovoltaic module and the anode box.
  • the anode box and the electrolytic unit together completely cover the electrolysis cell.
  • the anode casing, the anode flow plate and the cathode block form a hermetic enclosure in which the electrolysis cell is housed, with the exception of the openings provided for introducing and extracting water and for extracting oxygen. and dihydrogen resulting from the electrolysis of water.
  • the photovoltaic module can be fixed on the electrochemical module.
  • the photovoltaic module and the electrochemical module have generally elongated shapes which extend along parallel planes.
  • the photovoltaic module is configured to convert light radiation into electric current to power the electrochemical cells. It is preferably attached to the cathode blocks.
  • the photovoltaic module is entirely superimposed on the electrochemical module.
  • the photovoltaic module preferably completely covers one side of the electrochemical module.
  • the photovoltaic module can entirely cover the faces of the cathode blocks facing it.
  • the photovoltaic module comprises at least one photovoltaic cell.
  • the number of photovoltaic cells is lower than the number of electrolytic units.
  • the photovoltaic module can comprise at least one photovoltaic cell which entirely covers the faces of at least two electrolytic units which are facing it.
  • the photovoltaic module comprises a single photovoltaic cell which covers all the faces of the electrolytic units facing it.
  • the number of photovoltaic cells is equal to the number of electrolytic units.
  • each of the photovoltaic cells completely covers the face of one of the electrolytic units facing it.
  • the number of photovoltaic cells is greater than the number of electrolytic units.
  • the face of one of the electrolytic units is covered by several photovoltaic cells.
  • the photovoltaic cell or cells and the electrolysis cells extend in parallel planes.
  • the electrolytic cells each have the general shape of a plate and the faces of the plates are not superimposed.
  • the electrolysis cells can be connected in series or in parallel to the photovoltaic module.
  • the anode casing is monolithic or the anode casing and the anode flow plates are integral.
  • the anode casing can comprise at least two compartments, which each comprise a bottom wall and a side wall which extends from the bottom wall.
  • the bottom wall and the side wall of the locker delimit one of the corresponding housings.
  • the lockers are fixed to each other in such a way that the facing side walls of the adjacent lockers define the partition separating two adjacent housings, and the locker bottoms preferably extend in the same plane.
  • the anode casing has a bottom, preferably opposite the photovoltaic module, from which the partition extends.
  • the partition is transverse, in particular perpendicular, to the bottom of the anode casing and/or to the planes in which the electrolysis cells extend.
  • the anode box may have a generally parallelepipedic shape.
  • the anode casing is thin, that is to say that its length is at least more than five times greater than its thickness.
  • the box may have a length greater than 5 cm, and in particular less than 2 m and/or a width greater than 5 cm, and in particular less than 2 m.
  • the height of the partition can be between 15 mm and 100 mm.
  • the housings may have a length of between 5 cm and 60 cm and/or a width of between 5 cm and 60 cm.
  • the box may comprise at least four, or even at least six, or even at least nine, or even at least twelve, better still more than forty housings and as many corresponding electrolytic units.
  • the box may comprise a square paving formed by 7 ⁇ 7 housings with a square section of 5 ⁇ 5 cm 2 .
  • the housings and the corresponding electrolytic units are preferably regularly distributed along at least one axis, preferably along two perpendicular axes so as to define a paving.
  • the electrochemical module comprises at least one water distribution circuit which opens downstream into at least one of the anode chambers and which comprises a heat exchange portion, to exchange heat with the photovoltaic module, which is disposed between at least one of the cathode chambers and the photovoltaic module.
  • the water circulating in the water distribution circuit makes it possible to cool the photovoltaic module when the latter is illuminated by light radiation, in particular solar radiation, for example in summer, and serves as a reagent for the electrolysis reaction.
  • by cooling the photovoltaic module its temperature increases, which accelerates the kinetics of hydrogen generation.
  • the water distribution circuit comprises at least one water inlet opening provided in the anode casing.
  • the water distribution circuit has several inlet openings which are each in fluid communication with an anode chamber which is formed in a corresponding housing.
  • the water distribution circuit may comprise as many water inlet openings as there are electrolytic units, each water inlet opening being in fluid communication with the anode chamber of an electrolytic unit corresponding.
  • each of the water inlet openings is superimposed on a corresponding electrolytic unit which delimits the anode chamber with which it is fluidically connected.
  • the water inlet opening or openings open onto the face of the anode casing opposite the photovoltaic module and/or the cathode block.
  • the distribution circuit may comprise a main water distribution conduit which is connected to at least two of the water inlet openings to supply the corresponding anode chambers in parallel.
  • the electrochemical module preferably comprises anode purge conduits, each of which opens upstream into a corresponding anode chamber and downstream from the electrochemical module via an anode purge opening provided in the anode box, in order to evacuate the water residual and the oxygen generated by the electrolysis of water.
  • the electrochemical module can have the same number of anode purge lines as there are electrolytic units.
  • the electrochemical module may comprise a main anode purge pipe, connected upstream to several of the anode purge openings.
  • each anode purge opening is superimposed on the electrochemical unit delimiting the corresponding anode chamber with which the purge opening is in fluidic connection.
  • the electrochemical module preferably comprises cathodic purge conduits, each of which opens upstream into a corresponding cathodic chamber and downstream from the electrochemical module via a cathodic purge opening provided in the anode casing, in order to evacuate dihydrogen generated by the electrolysis of water.
  • the cathodic purge pipe can pass right through the electrolysis cell, the anode flow plate and the anode casing.
  • the electrochemical module can have the same number of cathodic purge conduits as electrolytic units.
  • the electrochemical module may comprise a main cathode purge conduit, connected upstream to several of the cathode purge openings.
  • each cathode purge opening is superimposed on the electrochemical unit delimiting the corresponding cathode chamber with which the purge opening is in fluidic connection.
  • the main water distribution conduit on the one hand and the main anode purge conduit and/or the main cathodic purge conduit on the other hand, can be perpendicular.
  • the main anode purge conduit(s) may be perpendicular to the main cathode purge conduit(s).
  • the main anode purge pipe and/or the main cathode purge pipe and/or the main water distribution pipe may be integral with the anode box.
  • the cathode purge opening(s), the anode purge opening(s) and the water inlet opening(s) open onto the same face of the anode casing, preferably onto the face opposite the photovoltaic module.
  • all of the connection means for introducing water and extracting the products of the hydrolysis reaction can be arranged on the same side of the photoelectrochemical converter.
  • the electrochemical module may include several anode purge ducts which extend parallel to each other.
  • the electrochemical module may include several cathodic purge ducts which extend parallel to each other.
  • the electrochemical module may have several main water distribution conduits that run parallel to each other.
  • the heat exchange portion may be less than 5 mm from the photovoltaic module.
  • the heat exchange portion is made in the mass of the cathode block.
  • the heat exchange portion may be a chamber, for example of parallelepipedal shape.
  • the heat exchange portion comprises at least one, preferably several heat exchange ducts, in order to increase the heat exchange surface with the photovoltaic module.
  • the heat exchange ducts preferably extend parallel to each other.
  • the heat exchange conduit(s) may have a diameter of between 1 mm and 10 mm, in order to promote turbulent flow and heat exchange.
  • the heat exchange duct(s) can be straight, curvilinear or meandering. They can extend parallel to the face of the photovoltaic module facing the electrochemical module.
  • the heat exchange portion may extend parallel to at least one of the electrolysis cells.
  • the heat exchange portion may comprise a distribution chamber and a collection chamber, each heat exchange duct opening upstream into the distribution chamber. and downstream in the collection chamber.
  • the distribution chamber and the collection chamber are made in the mass of the cathode block.
  • the water distribution circuit preferably comprises a water introduction conduit, a set of heat exchange portions, each superimposed on one of the corresponding electrolysis cells and fluidly connected in series, and anode distribution ducts each fluidly connecting the downstream of said assembly with an anode chamber of one of the corresponding electrolytic units.
  • the distribution circuit may include a water introduction pipe opening upstream by the or one of the water inlet openings.
  • the water introduction duct preferably passes through the bottom of the anode casing, the anode flow plate and the electrolysis cell right through according to their respective thicknesses.
  • the distribution circuit preferably comprises at least one anode distribution conduit which opens upstream into the heat exchange portion and downstream into the anode compartment of a corresponding electrolytic unit.
  • the anode distribution duct may include, in succession from its upstream to its downstream, a portion formed in the mass of the cathode block, a portion formed in the electrolysis cell and crossing the electrolysis cell right through in its thickness and a portion formed in the mass of the anode casing.
  • the portion formed in the mass of the anode casing can open downstream into the anode chamber.
  • the portion formed in the mass of the anode casing can be delimited by a wall projecting from the face of the anode casing opposite the electrolysis cell.
  • the electrochemical module comprises as many heat exchange portions as there are electrolytic units, each heat exchange portion being in fluid communication in the anode chamber of a corresponding electrolytic unit.
  • the electrochemical module comprises fewer heat exchange portions than electrolytic units.
  • the electrochemical module comprises a single heat exchange portion which covers each of the electrolysis cells, and which is fluidically connected, preferably in parallel, with at least two anode chambers, preferably with all the anode chambers.
  • the heat exchange portion covers more than 90% of the surface of the photovoltaic module.
  • the heat exchange module can meander between the opposite side walls of the photovoltaic module, to increase the heat exchange with the photovoltaic module and consequently the kinetics of hydrogen generation.
  • the surface heat exchange can extend over a larger area than the photovoltaic cell.
  • the photoelectrochemical converter comprises electric cables which electrically connect the photovoltaic module to the module electrochemical.
  • the electric cables can be guided at least in part by a hole or a groove extending along the wall separating the electrolytic units.
  • the anode casing is preferably made of stainless and/or ultraviolet-resistant material.
  • it can be made of polyamide, in particular of PAU and/or of PA12, or of an aluminum alloy, or of stainless steel.
  • the cathode blocks can be made of a ceramic, thermoplastic or metallic material.
  • the cathode blocks are made of an electrically conductive material, preferably metallic.
  • each cathode block can electrically connect the photovoltaic module to a corresponding electrolysis cell.
  • metallic cathode blocks promote heat exchange with the photovoltaic module.
  • the cathode blocks can be chosen from an aluminum alloy, a steel, in particular stainless steel, and a nickel alloy.
  • the cathode block may comprise at least one cathode recess formed in the part of its face facing the electrolysis cell, the faces of the cathode recess and the electrolysis cell delimiting the cathode chamber.
  • a raised grating may protrude from the bottom of the cathode recess. It may be formed by the intersection of first and second sets of parallel grooves, the grooves of the first set being preferably parallel to the grooves of the second set.
  • the anode casing or the assembly formed by the anode casing and the anode flow plate can be obtained by molding and/or machining a mass, in particular according to the second variant.
  • the anode casing and/or the cathode block are obtained by an additive manufacturing technique.
  • the additive manufacturing of the anode casing and/or the cathode block makes it possible to simplify the assembly of the electrochemical module and further reduces complex assemblies by means of various fittings and seals, which limits the risk of water leaking out of the electrochemical module.
  • the additive manufacturing technique can be chosen from:
  • DMD direct metal deposition
  • lithographic technique in particular chosen from the manufacture of ceramics based on “LCM” lithography, English acronym for “Lithography-based Ceramic Manufacturing” and the manufacture of metal based on “LMM” lithography, English acronym for “Lithography-based Metal Manufacturing”.
  • the electrolysis cell comprises an anodic catalytic layer, a cathodic catalytic layer and an electrolytic membrane sandwiched between the anode layer and the cathode layer.
  • the anodic catalytic layer and the cathodic catalytic layer are in contact with the electrolytic membrane.
  • the electrolysis cell may include an anodic gas diffusion layer and a cathodic gas diffusion layer which sandwich the anodic catalytic layer and the cathodic catalytic layer.
  • the anodic gas diffusion layer is in contact with the anodic catalytic layer and the cathodic gas diffusion layer is in contact with the cathodic catalytic layer.
  • the thickness of the electrolysis cell can be between 0.01 mm and 0.5 mm.
  • FIG. 1 is a perspective and exploded view of an example of a photoelectrochemical converter according to the invention
  • FIG. 2 is another perspective view along a different axis of view of the electrochemical module of the converter shown in Figure 1
  • FIG. 3 is a view of the anode box of the converter shown in Figures 1 and 2,
  • FIG. 4 is a perspective and exploded view of a portion of the electrochemical module of the converter shown in Figures 1 and 2,
  • FIG. 5] a) to d) are views in the direction D2, in section respectively along the planes (B), (C), (D), (E) and in perspective of the electrochemical module of the converter illustrated in FIG. 1, and e) an enlargement of Figure 5d),
  • FIG. 6 is a view along the direction Di, in section along the plane (A) and in exploded view of the portion of the electrochemical module illustrated in Figure 4,
  • FIG. 7 is a view of another example of a photoelectric converter
  • FIG. 9 are views of other examples of anode boxes.
  • FIG. 5 An example of a photoelectrochemical converter 5 according to the invention has been illustrated in FIG.
  • the converter 5 comprises an electrochemical module 10 and a photovoltaic module 10 mounted on the electrochemical module.
  • the electrochemical module 10 and the photovoltaic module 15 have substantially parallelepedic general shapes and extend parallel to each other.
  • the electrochemical module 10 comprises an anode box 20 and electrolytic units 25 arranged between the anode box and the photovoltaic module.
  • Each of the electrolytic units 25 comprises a stack formed in succession of a cathode block 30, an electrolysis cell 35 and an anode flow plate 40.
  • the anode flow plate 40 is arranged between the anode casing 20 and the electrolysis cell 35.
  • the cathode block 30 is arranged between the photovoltaic module 15 and the electrolysis cell 35.
  • the anode box is monolithic and obtained by additive manufacturing.
  • the anode casing and the anode flow plates come from the material, and in particular are obtained by additive manufacturing
  • the photovoltaic module 15 is electrically connected to the electrolysis cells 35.
  • the photovoltaic module when illuminated by light radiation L, in particular solar, reaching its light-capturing face 45 opposite the module electrochemical, it electrically supplies the electrolysis cells 35, allowing the generation of dihydrogen by electrolysis of water by each of the electrolytic units 25.
  • the photovoltaic module can comprise one or more photovoltaic cells 50.
  • the photovoltaic cell(s) preferably completely cover the electrolytic units.
  • the photovoltaic module comprises several photovoltaic cells. However, for clarity of the drawing, only one such cell is shown which completely covers four electrolytic units.
  • the photovoltaic cell(s) can in particular be fixed on the electrolytic units, and in particular on the cathode boxes.
  • the anode casing comprises a bottom wall 60 and a side wall 65 which extends transversely from the bottom wall, and which has, in a direction orthogonal to the bottom wall, a rectangular or even square contour. It further comprises a network of partitions 70 perpendicular and / or parallel which connect the side walls 65 opposite. The partitions thus delimit housings 75 in which the electrolytic units 25 are arranged. In the illustrated example, only four electrolytic units are represented, for the sake of clarity of the drawing. However, the anode box 20 comprises nine housings 75 and the electrochemical module 10 comprises the same number of electrolytic units 25 which are each housed in one of the corresponding housings 75. Thus, the anode casing comprises a paving of housings for the electrolytic units which extends along two perpendicular directions X and Y.
  • the electrochemical module 10 comprises water distribution circuits 80 for introducing water into the corresponding electrolytic unit, as well as anode purge 85 and cathode purge 90 circuits.
  • the anode casing comprises on the exterior face 55 of its bottom wall 60 multiple openings to which conduits for the distribution of water, the anode purge and the cathode purge are fluidically connected. The layout of these openings and ducts will be detailed later.
  • At least one of the partitions 75 comprises a groove 95, illustrated in FIG. 3, formed in the face opposite the bottom wall of the casing, which makes it possible to guide an electric cable 100 connecting the photovoltaic module to the electrolysis cells.
  • FIG. 4 a cutaway of the electrochemical module has been detailed, which represents a part of the anode casing 20 comprising one of the housings 75 in which an electrolytic unit 25 is inserted.
  • the partitions 70 and the side wall 65 entirely surround the side faces 93 of the anode flow plate, 95 of the electrolysis cell, and 100 of the cathode block.
  • the electrolysis cell 25 comprises an electrolytic membrane 102, which is covered on each of its opposite faces by an anode catalytic layer 105 and a cathode catalytic layer 110, which are themselves sandwiched by a diffusion layer. of anode gas 115 and a cathode gas diffusion layer 120.
  • the anode flow plate 40 and the cathode block 30 respectively have an anode recess and a cathode recess which each face the electrolysis cell 35 and define an anode chamber 125 and a cathode chamber 130 respectively.
  • the water introduced into the anode chamber is oxidized on contact with the catalytic anode layer into hydrogen ions and oxygen.
  • the surface of the catalytic anode layer useful for the water reduction reaction can be between 35 ⁇ 35 mm 2 and 18 ⁇ 18 mm 2 .
  • the hydrogen ions thus formed pass through the electrolytic membrane 102 to the catalytic cathode layer where they are oxidized, which results in the generation of dihydrogen gas in the cathode chamber.
  • the electrolytic module 35 comprises at least one water distribution circuit. At least a part of the water distribution circuit(s) is formed in the mass of the electrolytic module.
  • each of the electrolytic units is arranged facing a water inlet opening 140 which opens onto the outer face 55 of the bottom wall, which is opposite the electrolytic unit 25.
  • the water which passes through the water inlet opening 140 is distributed directly into the corresponding electrolytic unit.
  • the converter in Figure 1 has the same number of water inlet openings as there are electrolytic units.
  • the converter may have a lower number of water inlet openings, each water inlet opening being connected to several conduits to supply several electrolytic units in parallel.
  • the water distribution circuit extends partly upstream from the water inlet opening 100 to the anode chamber 125 of the corresponding electrolytic unit downstream.
  • the water distribution circuit comprises, from upstream to downstream and from the water inlet opening 100, an introduction conduit 145, a heat exchange portion 150 which is formed in the mass of the cathode block and an anode distribution conduit 155.
  • the water distribution circuit comprises an introduction conduit, a set of heat exchange portions, each superimposed on one of the corresponding electrolysis cells and fluidically connected in series, and anode distribution ducts each fluidly connecting the downstream of said assembly with an anode chamber of one of the corresponding electrolytic units. In this way, a high increase in the temperature of the water feeding the anode chambers can be obtained, which favors the electrolysis reaction.
  • the circulation of water in the 9 portions in series makes it possible to increase the temperature of the water between 35°C and 45°C between the entry of the water into the water distribution circuit and its arrival in each of the nine corresponding anode chambers.
  • the introduction duct 145 extends along the thickness of the electrochemical module between the water inlet opening 100 and the heat exchange portion 150. It has the shape of a hole of circular section which crosses the bottom wall 60 of the anode casing and the electrolysis cell 35, right through their respective thicknesses, and is extended into the cathode block 30 where it opens into the heat exchange portion 150.
  • the heat exchange portion 150 comprises in succession from upstream to downstream, a distribution chamber 160, heat exchange ducts 165 arranged fluidically in parallel and a collection chamber 170.
  • the distribution chamber 160 and the collection chamber 170 each extend along the height and the width of the cathode block and thus form reservoirs to supply water to each of the heat exchange conduits to collect the water leaving respectively.
  • the heat exchange ducts 165 are straight and extend parallel to each other. They may have a cross-section of various shapes, for example circular, elliptical, or even, as illustrated, square.
  • the diameter of the channels, measured on the transverse section of a channel, can be between 1 mm and 10 mm.
  • the heat exchange portion 150 may comprise between 1 and 5 heat exchange ducts per centimeter, measured along an axis perpendicular to the direction of extension of said ducts and in the plane which contains said ducts, for example 13 ducts of section 2x2 mm 2 in 50mm as shown.
  • the heat exchange portion may comprise a single heat exchange conduit which, for example, has the shape of a serpentine extending in a median plane of the cathode block, preferably parallel to the electrolysis cell which covers it, between the distribution chamber and the collection chamber.
  • the heat exchange conduits 165 extend parallel to the face 180 of the cathode block in contact with the photovoltaic module.
  • the distance d between the heat exchange portion and the photovoltaic module is preferably between 0.5 mm and 5 mm, so as to effectively cool the photovoltaic module.
  • the anode distribution duct 155 extends from the collection chamber 170, upstream thereof, to the anode chamber 125 downstream thereof. It comprises a portion 185 which extends through the thickness of the electrochemical module, and passes through the mass of the cathode block and the electrolysis cell right through in its thickness. This portion is extended by another portion 190, formed in the mass of the anode casing, which opens downstream into the anode chamber. Portion 190 extends substantially parallel to outer face 55 of the bottom wall of the anode box. It is delimited by a wall 195 which protrudes from said outer face.
  • the water which is introduced into the distribution circuit by the water inlet opening 140 circulates through the introduction duct 145 passing through the bottom wall 60 of the anode casing, the electrolysis cell and the cathode block. It is then distributed in the various heat exchange conduits 165, where it is heated by the heat given off by the photovoltaic module.
  • the increase in water temperature, after passing through the heat exchange portion is approximately 6° C., for a photovoltaic module having an illumination area of approximately 45 cm 2 .
  • the water thus heated is then transferred from the heat exchange portion 150 to the anode chamber 125 through the anode distribution conduit 155.
  • the heat that it transports thus makes it possible to accelerate the kinetics of electrolysis of the water.
  • the anode flow plate 40 is provided with reliefs 200 which protrude from the anode recess, to distribute the water evenly within the anode chamber so as to maximize the surface area of the electrolysis cell covered with water.
  • the cathode block 30 comprises a network in relief protruding from the bottom of the cathode recess, which is formed by the intersection of first and second sets of parallel grooves 205, the grooves of the first set being preferably parallel to the grooves of the second set.
  • the relief network is in contact with the electrolysis cell. It allows efficient diffusion of dihydrogen and rigidly holds the electrolysis cell against the cathode block and promotes good distribution of the electric current on the surface of the cathode.
  • the anode box comprises an anode purge pipe 210 which makes it possible to evacuate the excess water present in the anode chamber as well as the oxygen formed by the hydrolysis reaction of the water.
  • the anode purge circuit 210 places the anode chamber 125 in fluid communication with the external environment of the electrochemical module through an anode purge opening 215 arranged on the exterior face.
  • the electrochemical module further comprises a cathodic purge circuit 220 to evacuate the dihydrogen gas formed at the cathode by the production of hydrolysis of water.
  • the cathode purge circuit connects the cathode chamber to a cathode purge opening 225 formed on the outer face 55.
  • main anode purge conduits 228 and main cathode purge conduits 230 are each fluidly connected to a plurality of anode purge openings and cathode purge openings, respectively, to collect excess water and the anodic dioxygen on the one hand and the cathodic dihydrogen on the other hand.
  • each main cathode purge conduit 230 is connected to three cathode purge openings 225. It extends along an axis of the paving of housings along which the three corresponding electrolytic units are arranged.
  • the main cathodic purge ducts 230 are thus parallel to each other.
  • Each main anode purge conduit 228 is connected to three anode purge openings and extends along an axis of the housing paving which is perpendicular to the axes of extension of the cathodic purge ducts.
  • the main cathode purge conduits 230 and the main anode purge conduits 228 are perpendicular to each other.
  • Other arrangements of the anodic purge ducts and the cathodic purge ducts can be envisaged.
  • the anode box comprises main water distribution ducts 240 which are each connected to three corresponding openings.
  • the main water distribution ducts can extend as shown, along an axis parallel to the extension axis of the anode purge ducts, which makes it possible to obtain a compact photoconverter.
  • the main water distribution conduits 240, the main cathodic purge conduits 230 and the main anode purge conduits 228 are fabricated by additive manufacturing in conjunction with the fabrication of the bottom wall 60, the sidewalls 65 and the partitions 70 of the anode casing.
  • the minimum internal diameter of each of said ducts is at least 6 mm and the ratio of the length of each of said ducts to the diameter is less than 1000, in order to allow the depowdering of said ducts during additive manufacturing.
  • FIG. 7 presents another embodiment of the converter. It only differs from that illustrated in FIG. 1 in that it comprises a number of photovoltaic cells which is equal to the number of electrochemical units. Each photovoltaic cell covers the face of the cathode block facing it.
  • it is thus possible to carry out easy maintenance of the photoelectrochemical converter. For example, in the event that an electrolytic unit is defective, it is possible to simply replace the corresponding electrolytic block.
  • Figure 8 shows different variants of anode casings.
  • the anode casing comprises a paving of 3 ⁇ 4 housings.
  • it has 2x2 housings and in Figure 8c), it has 3x2.
  • FIG. 9 shows yet another embodiment of anode casings. It differs from those presented previously in that it is formed by the assembly of lockers 250.
  • the lockers 250 each have a bottom locker wall 255 and a side wall 260 which extends from the point bottom wall.
  • the locker bottom wall and the side wall thus delimit a housing 75.
  • the lockers are arranged next to each other, such that their respective bottoms are parallel and thus define the bottom 60 of the anode box.
  • Two adjacent compartments are arranged such that their side walls are in contact with each other and define the partition 70 which separates the corresponding housings.
  • the racks are shown offset relative to each other while their bottoms are effectively parallel.
  • Such an anode casing is easy to maintain, since it is possible to dismantle one of the compartments independently of the others when the compartment and/or the electrolytic unit which it contains are defective.
  • the invention makes it possible to simplify the design of the photoelectrochemical converter, while having a large surface exposed to light radiation which makes it possible to efficiently supply several electrolytic units and to generate dihydrogen efficiently by water electrolysis

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Abstract

Convertisseur photoélectrochimique (5) comportant un module électrochimique (10) et un module photovoltaïque (15) superposé au module électrochimique, le module électrochimique comportant : - un boitier anodique (20) comportant au moins deux logements (75) séparés par une cloison (70), - au moins deux unités électrolytiques (25) qui sont non superposées, séparées par la cloison (70) et logées chacune dans un des logements (75) correspondants, chaque unité électrolytique comportant une cellule d'électrolyse (35) alimentée électriquement par le module photovoltaïque pour générer du dihydrogène par électrolyse de l'eau, une plaque d'écoulement anodique (40) et un bloc cathodique (30) qui prennent en sandwich la cellule d'électrolyse, chaque cellule d'électrolyse délimitant avec le bloc cathodique de l'unité électrolytique correspondante une chambre cathodique (130) et avec la plaque anodique de l'unité électrolytique correspondante une chambre anodique (125) pour la circulation de fluide au contact de ladite cellule d'électrolyse.

Description

Description
Titre : Convertisseur photoélectrochimique pour la production de dihydrogène.
La présente invention concerne un convertisseur photoélectrochimique pour la génération de dihydrogène.
Il est connu, par exemple de « A modular device for large area integrated photoecltrochemical water-splitting as a versatile tool to evaluate photoabsorbers and catalyst », J.-P. Becker et al., J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 4818-4826, doi : 10.1039/C6TA10688A, un convertisseur photoélectrochimique comportant un module photovoltaïque convertissant un rayonnement lumineux en courant électrique qui alimente électriquement une cellule d’électrolyse comportant une anode et une cathode qui prennent en sandwich une membrane électrolytique échangeuse d’ions. De l’eau est distribuée sur l’anode où elle est oxydée selon la réaction :
2H2O 4H+ + 4e’ + O2
Les ions H+ traversent la membrane électrolytique et atteignent la cathode où ils sont réduits selon l’équation
2H+ + 2e' — > H2
Ainsi, un dégagement gazeux de dihydrogène est produit au niveau de la cathode qui peut ensuite être stocké en vue d’une utilisation ultérieure comme combustible pour générer de l’énergie électrique au sein d’une pile à combustible.
Le dispositif de Becker et al. comporte en outre un réseau de refroidissement en eau du module photo voltaïque pour éviter un échauffement excessif de ce module sous l’effet du rayonnement solaire.
Il existe un besoin continu de nouveaux convertisseurs photoélectrochimiques, qui soient notamment de fabrication aisée.
L’invention propose un convertisseur photoélectrochimique comportant un module électrochimique et un module photovoltaïque superposé au module électrochimique, le module électrochimique comportant :
- un boitier anodique comportant au moins deux logements séparés par une cloison,
- au moins deux unités électrolytiques qui sont non superposées, sont séparées par la cloison et sont logées chacune dans un des logements correspondants, chaque unité électrolytique comportant une cellule d’électrolyse alimentée électriquement par le module photovoltaïque pour générer du dihydrogène par électrolyse de l’eau, une plaque d’écoulement anodique et un bloc cathodique qui prennent en sandwich la cellule d’ électrolyse, chaque cellule d’électrolyse délimitant avec le bloc cathodique de l’unité électrolytique correspondante une chambre cathodique et avec la plaque anodique de l’unité électrolytique correspondante une chambre anodique pour la circulation de fluide au contact de ladite cellule d’électrolyse.
Le convertisseur selon l’invention présente ainsi un module photovoltaïque qui s’étend sur plusieurs unités électrolytiques. Il peut ainsi fournir une puissance électrique élevée à l’ensemble desdites unités, ce qui permet d'obtenir un rendement de génération de dihydrogène élevé. En outre, les unités électrolytiques étant non superposées et séparées par la cloison, le remplacement d’une unité électrolytique est facilité dans le cas où l’une d’entre elles deviendrait défectueuse. Par ailleurs, le module photovoltaïque peut ainsi présenter une grande surface de captation de lumière ainsi qu’une grande surface d’échange thermique avec le module électrochimique.
De préférence, les blocs cathodiques sont disposés entre le module photo voltaïque et le boitier anodique.
De préférence, le boitier anodique et l’unité électrolytique recouvrent ensemble intégralement la cellule d’électrolyse. En particulier, le boitier anodique, la plaque d’écoulement anodique et le bloc cathodique forment une enceinte hermétique dans laquelle la cellule d’électrolyse est logée, à l’exception des ouvertures ménagées pour introduire et extraire l’eau et pour extraire le dioxygène et le dihydrogène résultant de F électrolyse de l’eau.
Le module photovoltaïque peut être fixé sur le module électrochimique.
De préférence, le module photovoltaïque et le module électrochimique présentent des formes générales allongées qui s'étendent selon des plans parallèles.
Le module photovoltaïque est configuré pour convertir un rayonnement lumineux en courant électrique pour alimenter les cellules électrochimiques. Il est de préférence fixé sur les blocs cathodiques.
De préférence, pour maximiser la surface de captation de lumière et la surface d’échange avec le module électrochimique, le module photovoltaïque est entièrement superposé au module électrochimique. En particulier, le module photovoltaïque recouvre de préférence entièrement une face du module électrochimique.
Le module photovoltaïque peut recouvrir entièrement les faces des blocs cathodiques qui lui sont en regard.
Le module photovoltaïque comporte au moins une cellule photo voltaïque.
Selon une variante, le nombre de cellules photovoltaïques est inférieur au nombre d'unités électrolytiques. Le module photovoltaïque peut comporter au moins une cellule photovoltaïque qui recouvre entièrement les faces d'au moins deux unités électrolytiques qui lui sont en regard. Par exemple, le module photovoltaïque comporte une unique cellule photovoltaïque qui recouvre l'ensemble des faces des unités électrolytiques qui lui sont en regard.
Selon une autre variante, le nombre de cellules photovoltaïques est égal au nombre d'unités électrolytiques. Par exemple, chacune des cellules photovoltaïques recouvre entièrement la face d'une des unités électrolytiques qui lui est en regard.
Selon encore une autre variante, le nombre de cellules photovoltaïques est supérieur au nombre unité électrolytique. Par exemple, la face d'une des unités électrolytiques est recouverte par plusieurs cellule photovoltaïques.
De préférence, la ou les cellules photovoltaïques et les cellules d’électrolyse s'étendent dans des plans parallèles.
De préférence les cellules électrolytiques présentent chacune une forme générale d’une plaque et les faces des plaques sont non superposées.
Les cellules d’électrolyse peuvent être connectées en série ou en parallèle au module photo voltaïque.
De préférence, le boitier anodique est monolithique ou le boitier anodique et les plaques d’écoulement anodique viennent de matière.
Selon une variante, le boitier anodique peut comporter au moins deux casiers, qui comportent chacun une paroi de fond et une paroi latérale qui s’étend à partir de la paroi de fond. La paroi de fond et la paroi latérale du casier délimitent un des logements correspondants. Les casiers sont fixés les uns aux autres de telle sorte que les parois latérales en regard des casiers adjacents définissent la cloison séparant deux logements adjacents, et de préférence les fonds de casier s’étendent dans un même plan. De préférence, le boîtier anodique présente un fond, de préférence opposé au module photovoltaïque, à partir duquel s’étend la cloison. De préférence, la cloison est transversale, notamment perpendiculaire, au fond du boitier anodique et/ou aux plans dans lesquels les cellules d'électrolyse s'étendent.
Le boitier anodique peut présenter une forme générale parallépipèdique. De préférence, le boitier anodique est mince, c’est-à-dire que sa longueur est au moins plus de cinq fois supérieure à son épaisseur.
Le boitier peut présenter une longueur supérieure à 5 cm, et en particulier inférieure à 2 m et/ou une largeur supérieure à 5 cm, et en particulier inférieure à 2 m. La hauteur de la cloison peut être comprise entre 15 mm et 100 mm.
Les logements peuvent présenter une longueur comprise entre 5 cm et 60 cm et/ou une largeur comprise entre 5 cm et 60 cm.
Le boitier peut comporter au moins quatre, voire au moins six, voire au moins neuf, voire au moins douze, mieux plus de quarante logements et autant d’unités électrolytiques correspondantes. Par exemple, le boitier peut comporter un pavage carré formé de 7x7 logements de section carrée de 5x5 cm2.
Les logements et les unités électrolytiques correspondantes sont de préférence répartis régulièrement selon au moins un axe, de préférence selon deux axes perpendiculaires de manière à définir un pavage.
De préférence, le module électrochimique comporte au moins un circuit de distribution d’eau qui débouche à son aval dans au moins une des chambres anodiques et qui comporte une portion d’échange thermique, pour échanger de la chaleur avec le module photovoltaïque, qui est disposée entre au moins une des chambres cathodiques et le module photo voltaïque. Avantageusement, l’eau circulant dans le circuit de distribution d’eau permet de refroidir le module photovoltaïque lorsque ce dernier est illuminé par un rayonnement lumineux, notamment solaire, par exemple en été, et sert de réactif pour la réaction d’électrolyse. En outre, en refroidissant le module photovoltaïque, sa température augmente, ce qui accélère la cinétique de génération de dihydrogène.
De préférence, au moins une partie du circuit de distribution, notamment la portion d’échange thermique, est formée dans la masse du module électrochimique. On limite ainsi les risques de fuite d’eau au sein du module électrochimique. De préférence, le circuit de distribution d’eau comporte au moins une ouverture d’entrée d’eau ménagée dans le boitier anodique. En particulier, le circuit de distribution d’eau comporte plusieurs ouvertures d’entrée qui sont chacune en communication de fluide avec une chambre anodique qui est formée dans un logement correspondant. En particulier, le circuit de distribution d’eau peut comporter autant d’ouvertures d’entrée d’eau que d’unités électrolytiques, chaque ouverture d’entrée d’eau étant en communication de fluide avec la chambre anodique d’une unité électrolytique correspondante.
De préférence, chacune des ouvertures d’entrée d’eau est superposée à une unité électrolytique correspondante qui délimite la chambre anodique avec laquelle elle est reliée fluidiquement.
De préférence, la ou les ouvertures d’entrée d’eau débouchent sur la face du boitier anodique opposée au module photo voltaïque et/ou au bloc cathodique.
Le circuit de distribution peut comporter un conduit de distribution d’eau principal qui est relié à au moins deux des ouvertures d’entrée d’eau pour alimenter en parallèle les chambres anodiques correspondantes.
Le module électrochimique comporte de préférence des conduits de purge anodique, qui débouchent chacun à leur amont dans une chambre anodique correspondante et à leur aval hors du module électrochimique par une ouverture de purge anodique ménagée dans le boitier anodique, afin d’évacuer l’eau résiduelle et le dioxygène généré par l’électrolyse de l’eau. Le module électrochimique peut comporter le même nombre de conduits de purge anodique que d’unités électrolytiques.
Le module électrochimique peut comporter un conduit de purge anodique principal, relié à son amont à plusieurs des ouvertures de purge anodique.
De préférence, chaque ouverture de purge anodique est superposée à l’unité électrochimique délimitant la chambre anodique correspondante avec laquelle l’ouverture de purge est en connexion fluidique.
Par ailleurs, le module électrochimique comporte de préférence des conduits de purge cathodique, qui débouchent chacun à leur amont dans une chambre cathodique correspondante et à leur aval hors du module électrochimique par une ouverture de purge cathodique ménagée dans le boitier anodique, afin d’évacuer le dihydrogène généré par l’électrolyse de l’eau. Le conduit de purge cathodique peut traverser de part en part, la cellule d’électrolyse, la plaque d’écoulement anodique et le boitier anodique.
Le module électrochimique peut comporter le même nombre de conduits de purge cathodique que d’unités électrolytiques.
Le module électrochimique peut comporter un conduit de purge cathodique principal, relié à son amont à plusieurs des ouvertures de purge cathodique.
De préférence, chaque ouverture de purge cathodique est superposée à l’unité électrochimique délimitant la chambre cathodique correspondante avec laquelle l’ouverture de purge est en connexion fluidique.
Le conduit de distribution d’eau principal d’une part et le conduit de purge anodique principal et/ou le conduit de purge cathodique principal d’autre part, peuvent être perpendiculaires .
Le ou les conduits de purge anodique principaux peuvent être perpendiculaire au(x) conduit de purge cathodique principaux.
Le conduit de purge anodique principal et/ou le conduit de purge cathodique principal et/ou le conduit de distribution d’eau principal peuvent venir de matière avec le boitier anodique.
De préférence, la ou les ouvertures de purge cathodique, la ou les ouvertures de purge anodique et la ou les ouvertures d’entrée d’eau débouchent sur une même face du boitier anodique, de préférence sur la face opposée au module photo voltaïque. Avantageusement, l'ensemble des moyens de connexion pour introduire l'eau et extraire les produits de la réaction d'hydrolyse peuvent être disposé d'un même côté du convertisseur photoélectrochimique .
Le module électrochimique peut comporter plusieurs conduits de purge anodique qui s’étendent parallèlement les uns aux autres.
Le module électrochimique peut comporter plusieurs conduits de purge cathodique qui s’étendent parallèlement les uns aux autres.
Le module électrochimique peut comporter plusieurs conduits de distribution d’eau principaux qui s’étendent parallèlement les uns aux autres.
Par ailleurs, la portion d’échange thermique peut être distante de moins de 5 mm du module photovoltaïque. De préférence, la portion d’échange thermique est ménagée dans la masse du bloc cathodique.
La portion d’échange thermique peut être une chambre, par exemple de forme parallélépipédique. De préférence, la portion d’échange thermique comporte au moins un, de préférence plusieurs conduits d’échange thermiques, afin d’augmenter la surface d’échange thermique avec le module photo voltaïque. Les conduits d’échange thermique s’étendent de préférence parallèlement les uns aux autres.
Le ou les conduits d’échange thermique peuvent présenter un diamètre compris entre 1 mm et 10 mm, afin de favoriser la turbulent de l’écoulement et l’échange thermique.
Le ou les conduits d’échange thermique peuvent être rectilignes, curvilignes ou méandriformes. Ils peuvent s’étendre parallèlement à la face du module photovoltaïque en regard du module électrochimique.
La portion d’échange thermique peut s’étendre parallèlement à au moins une des cellules d’électrolyse.
Afin de distribuer en parallèle l’eau dans les différents conduits d’échange thermique, la portion d’échange thermique peut comporter une chambre de distribution et une chambre de collecte, chaque conduit d’échange thermique débouchant à son amont dans la chambre de distribution et à son aval dans la chambre de collecte. De préférence, la chambre de distribution et la chambre de collecte sont ménagées dans la masse du bloc cathodique.
Selon une variante, le circuit de distribution d’eau comporte de préférence un conduit d’introduction d’eau, un ensemble de portions d’échange thermique, superposées chacune à une des cellules d’électrolyse correspondantes et reliées fluidiquement en série, et des conduits de distribution anodiques reliant chacun fluidiquement l’aval dudit ensemble avec une chambre anodique d’une des unités électrolytiques correspondantes.
Le circuit de distribution peut comporter un conduit d’introduction d’eau débouchant à son amont par la ou l’une des ouvertures d’entrée d’eau.
Le conduit d’introduction d’eau traverse de préférence le fond du boitier anodique, la plaque d’écoulement anodique et la cellule d’électrolyse de part en part selon leurs épaisseurs respectives. Le circuit de distribution comporte de préférence au moins un conduit de distribution anodique qui débouche à son amont dans la portion d’échange thermique et à son aval dans le compartiment anodique d’une unité électrolytique correspondante. Le conduit de distribution anodique peut comporter, en succession de son amont vers son aval, une portion ménagée dans la masse du bloc cathodique, une portion ménagée dans la cellule d’électrolyse et traversant la cellule d’électrolyse de part en part dans son épaisseur et une portion ménagée dans la masse du boitier anodique. La portion ménagée dans la masse du boitier anodique peut déboucher à son aval dans la chambre anodique. Notamment, la portion ménagée dans la masse du boitier anodique peut être délimitée par une paroi faisant saillie de la face du boitier anodique opposée à la cellule d’électrolyse.
Selon une variante, le module électrochimique comporte autant de portions d’échange thermique que d’unités électrolytiques, chaque portion d’échange thermique étant en communication de fluide dans la chambre anodique d’une unité électrolytique correspondante.
Selon une autre variante, le module électrochimique comporte moins de portions d’échange thermique que d’unités électrolytiques. De préférence, le module électrochimique comporte une unique portion d’échange thermique qui recouvre chacune des cellules d’électrolyse, et qui est connectée fluidiquement, de préférence en parallèle, avec au moins deux chambres anodiques, de préférence avec toutes les chambres anodiques. De préférence, lorsqu’observée selon une direction normale à la face du module photovoltaïque en regard du module photoélectrique, la portion d’échange thermique recouvre plus de 90 % de la surface du module photo voltaïque. Par exemple, le module d’échange thermique peut serpenter entre les parois latérales opposées du module photovoltaïque, pour augmenter l’échange de chaleur avec le module photovoltaïque et en conséquence la cinétique de génération de dihydrogène. Par ailleurs, selon la variante où, vue selon un axe normal à la face du module photovoltaïque en regard du module photoélectrique, au moins une cellule photovoltaïque présente une aire plus petite que la portion d’échange thermique à laquelle elle est superposée, la surface d’échange thermique peut s’étendre sur une aire plus grande que la cellule photo voltaïque.
Par ailleurs, le convertisseur photoélectrochimique comporte des câbles électriques qui relient électriquement le module photovoltaïque au module électrochimique. Les câbles électriques peuvent être guidés au moins en partie par un trou ou une rainure s’étendant le long de la paroi séparant les unités électrolytiques.
Le convertisseur photoélectrochimique pouvant être soumis aux aléas climatiques en extérieur, le boitier anodique est de préférence en matériau inoxydable et/ou résistant aux ultraviolet. Par exemple, il peut être en polyamide, notamment en PAU et/ou en PA12, ou en un alliage d’aluminium, ou en acier inoxydable.
Les blocs cathodiques peuvent être en un matériau céramique, thermoplastique ou métallique. De préférence, les blocs cathodiques sont en un matériau électriquement conducteur, de préférence métallique. Ainsi, chaque bloc cathodique peut relier électriquement le module photovoltaïque à une cellule d’électrolyse correspondante. En outre, des blocs cathodiques métalliques favorisent l’échange thermique avec le module photo voltaïque. En particulier, les blocs cathodiques peuvent être choisis parmi un alliage d’aluminium, un acier, notamment inoxydable, et un alliage de nickel.
Le bloc cathodique peut comporter au moins un évidement cathodique formé dans la partie de sa face en regard de la cellule d’électrolyse, les faces de l’évidement cathodique et la cellule d’électrolyse délimitant la chambre cathodique.
Un réseau en relief peut faire saillie du fond de l’évidement cathodique. Il peut être formé par l’intersection de premier et deuxième ensembles de rainures parallèles, les rainures du premier ensemble étant de préférence parallèles aux rainures du deuxième ensemble.
Le boitier anodique ou l’ensemble formé par le boitier anodique et la plaque d’écoulement anodique peuvent être obtenus par moulage et/ou usinage d’une masse, notamment selon la deuxième variante.
De préférence, le boitier anodique et/ou le bloc cathodique sont obtenus par une technique de fabrication additive. Avantageusement, outre le fait que le boitier anodique et/ou le bloc cathodique peuvent présenter des formes complexes qui sont difficiles, voire impossibles, à obtenir par moulage, la fabrication additive du boitier anodique et/ou du bloc cathodique permet de simplifier le montage du module électrochimique et en outre permet de réduire les assemblages complexes au moyen de divers raccords et joints d’étanchéité, ce qui limite les risques de fuite de l’eau hors du module électrochimique. La technique de fabrication additive peut être choisie parmi :
- une technique de « dépôt direct de métal » connue sous l’acronyme « DMD »,
- une technique de « dépôt arc-fil » connue sous l’abréviation « WAAM », acronyme anglais de « Wire and Arc Additive Manufacturing »,
- une technique d’impression 3D, notamment choisie parmi l’impression par projection de liant sur lit de poudre connue sous le nom anglais de « Binder Jetting », la fusion laser sur lit de poudres dénommée « L-PBF », acronyme anglais de « Laser Powder Bed Fusion », la fusion par faisceau d’électrons dénommée « EBM », acronyme anglais de « Electron Beam Melting », la projection de liant sur lit de poudre « MJF », acronyme anglais de « Multi Jet Fusion » et le dépôt de fils fondus « FDM », acronyme anglais de « Fused Deposition Modeling »,
- une technique lithographique, notamment choisie parmi la fabrication de céramique à base de lithographie « LCM », acronyme anglais de « Lithography-based Ceramic Manufacturing » et la fabrication de métal à base de lithographie « LMM », acronyme anglais de « Lithography-based metal Manufacturing ».
De préférence, la cellule d’électrolyse comporte une couche catalytique anodique, une couche catalytique cathodique et une membrane électrolytique prise en sandwich entre la couche d’anode et la couche de cathode.
De préférence, la couche catalytique anodique et la couche catalytique cathodique sont en contact de la membrane électrolytique.
La cellule d’électrolyse peut comporter une couche de diffusion de gaz anodique et une couche de diffusion de gaz cathodique qui prennent en sandwich la couche catalytique anodique et la couche catalytique cathodique. De préférence, la couche de diffusion de gaz anodique est au contact de la couche catalytique anodique et la couche de diffusion de gaz cathodique est au contact de la couche catalytique cathodique.
L’épaisseur de la cellule d’électrolyse peut être comprise entre 0,01 mm et 0,5 mm.
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre et du dessin dans lequel :
[Fig. 1] est une vue en perspective et éclatée d’un exemple de convertisseur photoélectrochimique selon l’invention, [Fig. 2] est une autre vue en perspective selon un axe de vue différent du module électrochimique du convertisseur illustré sur la figure 1,
[Fig. 3] est une vue du boitier anodique du convertisseur illustré sur les figures 1 et 2,
[Fig. 4] est une vue d’une portion en perspective et éclatée d’une portion du module électrochimique du convertisseur illustré sur les figures 1 et 2,
[Fig. 5] a) à d) sont des vues selon la direction D2, en coupe respectivement selon les plans (B), (C), (D), (E) et en perspective du module électrochimique du convertisseur illustré sur la figure 1, et e) un agrandissement de la figure 5d),
[Fig. 6] est une vue selon la direction Di, en coupe selon le plan (A) et en éclaté de la portion du module électrochimique illustré sur la figure 4,
[Fig. 7] est une vue d’un autre exemple de convertisseur photoélectrique,
[Fig. 8] et
[Fig. 9] sont des vues d’autres exemples de boitier anodique.
On a illustré sur la figure 1 un exemple de convertisseur photoélectrochimique 5 selon l’invention. Le convertisseur 5 comprend un module électrochimique 10 et un module photovoltaïque 10 monté sur le module électrochimique.
Le module électrochimique 10 et le module photovoltaïque 15 présentent des formes générales sensiblement parallélépèdiques et s’étendent parallèlement l’un à l’autre.
Le module électrochimique 10 comporte un boitier anodique 20 et des unités électrolytiques 25 disposées entre le boitier anodique et le module photo voltaïque.
Chacune des unités électrolytiques 25 comporte un empilement formé en succession d’un bloc cathodique 30, d’une cellule d’électrolyse 35 et d’une plaque d’écoulement anodique 40. La plaque d’écoulement anodique 40 est disposée entre le boîtier anodique 20 et la cellule d’électrolyse 35. Le bloc cathodique 30 est disposé entre le module photovoltaïque 15 et la cellule d’électrolyse 35.
Le boitier anodique est monolithique et obtenu par fabrication additive. Selon une variante de réalisation non représentée, le boitier anodique et les plaques d'écoulement anodique viennent de matière, et notamment sont obtenues par fabrication additive
Le module photovoltaïque 15 est relié électriquement aux cellules d’électrolyse 35. Ainsi, lorsque le module photovoltaïque est illuminé par un rayonnement lumineux L, notamment solaire, atteignant sa face de captation de lumière 45 opposée au module électrochimique, il alimente électriquement les cellules d’électrolyse 35, permettant la génération de dihydrogène par électrolyse de l’eau par chacune des unités électrolytiques 25.
Le module photovoltaïque peut comporter une ou plusieurs cellules photovoltaïques 50. La ou les cellules photovoltaïques recouvrent de préférence entièrement les unités électrolytiques. Dans l'exemple illustré, le module photovoltaïque comporte plusieurs cellules photovoltaïques. Cependant, par souci de clarté du dessin, une seule de ces cellules est représentée qui recouvre entièrement quatre unités électrolytiques.
La ou les cellules photovoltaïques peuvent être notamment fixées sur les unités électrolytiques, et notamment sur les boîtiers cathodiques.
Le boitier anodique comporte une paroi de fond 60 et une paroi latérale 65 qui s'étend transversalement à partir de la paroi de fond, et qui présente, selon une direction orthogonale à la paroi de fond, un contour rectangulaire voire carré. Il comporte en outre un réseau de cloisons 70 perpendiculaires et/ou parallèles qui relient les parois latérales 65 opposées. Les cloisons délimitent ainsi des logements 75 dans lesquels les unités électrolytiques 25 sont disposées. Dans l'exemple illustré, seules quatre unités électrolytiques sont représentées, par souci de clarté du dessin. Toutefois, le boitier anodique 20 comporte neuf logements 75 et le module électrochimique 10 comporte le même nombre d'unités électrolytiques 25 qui sont chacune logées dans un des logements 75 correspondants. Ainsi, le boitier anodique comporte un pavage de logements pour les unités électrolytiques qui s'étend selon deux directions X et Y perpendiculaires.
Par ailleurs, le module électrochimique 10 comporte des circuits de distribution d'eau 80 pour introduire de l'eau dans les unité électrolytique correspondante, ainsi que des circuits de purge d’anode 85 et de purge de cathode 90. Comme cela est illustré sur la figure 2, le boîtier anodique comporte sur la face extérieure 55 de sa paroi de fond 60 de multiples ouvertures auxquelles des conduits de distribution d'eau, de purge anodique et de purge cathodique sont connectés fluidiquement. La disposition de ces ouvertures et conduits sera détaillée par la suite.
Afin de relier électriquement le module photovoltaïque aux cellules d’électrolyse, au moins une des cloisons 75 comporte une rainure 95, illustrée sur la figure 3, formée dans la face opposée à la paroi de fond du boîtier, qui permet de guider un câble électrique 100 reliant le module photovoltaïque aux cellules d’électrolyse. Sur la figure 4, on a détaillé un écorché du module électrochimique, qui représente une partie du boîtier anodique 20 comportant un des logements 75 dans lequel une unité électrolytique 25 est insérée. Comme cela apparaît, les cloisons 70 et la paroi latérale 65 ceinturent entièrement les faces latérales 93 de la plaque d’écoulement anodique, 95 de la cellule d’électrolyse, et 100 du bloc cathodique.
La cellule d’électrolyse 25 comporte une membrane électrolytique 102, qui est recouverte sur chacune de ses faces opposées par une couche catalytique d’anode 105 et une couche catalytique de cathode 110, qui sont elles-mêmes prises en sandwich par une couche de diffusion de gaz anodique 115 et une couche de diffusion de gaz cathodique 120.
La plaque d’écoulement anodique 40 et le bloc cathodique 30 présentent respectivement un évidement anodique et un évidement cathodique qui font chacun face à la cellule d’électrolyse 35 et définissent une chambre anodique 125 et une chambre cathodique 130 respectivement.
Comme cela apparaîtra par la suite, l'eau introduite dans la chambre anodique est oxydée au contact de la couche catalytique d’anode en ions hydrogène et en dioxygène. En particulier, la surface de la couche catalytique d’anode utile à la réaction de réduction de l'eau peut être comprise entre 35x35 mm2 et 18x18 mm2.
Les ions hydrogène ainsi formés transitent à travers la membrane électrolytique 102 jusqu'à la couche catalytique de cathode où ils sont oxydés, ce qui résulte dans la génération de dihydrogène gazeux dans la chambre cathodique.
Comme cela a déjà été mentionné, le module électrolytique 35 comporte au moins un circuit de distribution d'eau. Au moins une partie du ou des circuits de distribution d'eau est formée dans la masse du module électrolytique.
Dans l'exemple illustré, chacune des unités électrolytiques est disposée en regard d’une ouverture d'entrée d'eau 140 qui débouche sur la face extérieure 55 de la paroi de fond, qui est opposée à l'unité électrolytique 25. Ainsi, l'eau qui transite par l'ouverture d'entrée d'eau 140 est distribuée directement dans l'unité électrolytique correspondante. Par exemple, le convertisseur de la figure 1 présente le même nombre d'ouvertures d'entrée d'eau que d'unités électro lytiques. Selon une variante non représentée, le convertisseur peut présenter un nombre inférieur d'ouvertures d'entrée d'eau, chaque ouverture d'entrée d'eau étant reliée à plusieurs conduits pour alimenter en parallèle plusieurs unités électrolytiques. Le circuit de distribution d'eau s'étend en partie à son amont depuis l'ouverture d'entrée d'eau 100 jusqu'à la chambre anodique 125 de l'unité électrolytique correspondante à son aval.
Le circuit de distribution d'eau comporte, d’amont en aval et à partir de l'ouverture d'entrée d'eau 100, un conduit d'introduction 145, une portion d'échange thermique 150 qui est formée dans la masse du bloc cathodique et un conduit de distribution anodique 155. Dans une variante non représentée, le circuit de distribution d’eau comporte un conduit d’introduction, un ensemble de portions d’échange thermique, superposées chacune à une des cellules d’électrolyse correspondantes et reliées fluidiquement en série, et des conduits de distribution anodiques reliant chacun fluidiquement l’aval dudit ensemble avec une chambre anodique d’une des unités électrolytiques correspondantes. De cette façon, une augmentation élevée de la température de l’eau alimentant les chambres anodiques peut être obtenue, qui favorise la réaction d’électrolyse. A titre illustratif, dans un convertisseur comportant un module électrochimique présentant une surface de captation de lumière de 45 cm2, et comportant 9 portions d’échange thermique et autant d’unités électrolytiques, la circulation de l’eau dans les 9 portions en série permet d’accroître la température de l’eau entre 35°C et 45°C entre l’entrée de l’eau dans le circuit de distribution d’eau et son arrivée dans chacune des neuf chambres anodiques correspondantes.
Le conduit d’introduction 145 s'étend selon l'épaisseur du module électrochimique entre l'ouverture d'entrée d'eau 100 et la portion d’échange thermique 150. Il présente une forme d'un trou de section circulaire qui traverse la paroi de fond 60 du boitier anodique et la cellule d’électrolyse 35, de part en part de leurs épaisseurs respectives, et est prolongé dans le bloc cathodique 30 où il débouche dans la portion d’échange thermique 150.
La portion d’échange thermique 150 comporte en succession d’amont vers l’aval, une chambre de distribution 160, des conduits d'échange thermique 165 disposés fluidiquement en parallèle et une chambre de collecte 170.
La chambre de distribution 160 et la chambre de collecte 170 s’étendent chacune selon la hauteur et la largeur du bloc cathodique et forment ainsi des réservoirs pour alimenter en eau chacun des conduits d'échange thermique collecter l’eau en sortant respectivement. Les conduits d'échange thermique 165 sont rectilignes et s'étendent parallèlement les uns aux autres. Ils peuvent présenter, une section transverse de forme variée, par exemple circulaire, elliptique, voire comme illustré carrée. Le diamètre des canaux, mesuré sur la section transverse d'un canal, peut être compris entre 1 mm et 10 mm. La portion d'échange thermique 150 peut comporter entre 1 et 5 conduits d’échange thermique par centimètre, mesuré selon un axe perpendiculaire à direction d’extension desdits conduits et dans le plan qui contient lesdits conduits, par exemple 13 conduits de section 2x2 mm2 sur 50 mm comme illustré.
Dans une variante non représentée, la portion d'échange thermique peut comporter un unique conduit d’échange thermique qui présente par exemple une forme de serpentin s'étendant dans un plan médian du bloc cathodique, de préférence parallèle à la cellule d’électrolyse qui le recouvre, entre la chambre de distribution et la chambre de collecte.
Les conduits d'échange thermique 165 s'étendent parallèlement à la face 180 du bloc cathodique au contact du module photo voltaïque. La distance d entre la portion d'échange thermique et le module photovoltaïque est de préférence comprise entre 0,5 mm et 5 mm, de manière à refroidir efficacement le module photo voltaïque.
Par ailleurs, le conduit de distribution anodique 155 s'étend depuis la chambre de collecte 170, à son amont, jusqu'à la chambre anodique 125 à son aval. Il comporte une portion 185 qui s'étend à travers l'épaisseur du module électrochimique, et traverse la masse du bloc cathodique et la cellule d’électrolyse de part en part dans son épaisseur. Cette portion est prolongée par une autre portion 190, formée dans la masse du boitier anodique, qui débouche à son aval dans la chambre anodique. La portion 190 s’étend sensiblement parallèlement à la face extérieure 55 de la paroi de fond du boitier anodique. Elle est délimitée par une paroi 195 qui fait saillie de ladite face extérieure.
Ainsi, l'eau qui est introduite dans le circuit de distribution par l'ouverture d'entrée d'eau 140 circule à travers le conduit d'introduction 145 en traversant la paroi de fond 60 du boitier anodique, la cellule d’électrolyse et le bloc cathodique. Elle est ensuite distribuée dans les différents conduits d'échange thermique 165, où elle est réchauffée par la chaleur dégagée par le module photo voltaïque. Par exemple, l’augmentation de la température d'eau, après avoir traversé la portion d'échange thermique, est d’environ 6 °C, pour un module photovoltaïque présentant une aire d’illumination d’environ 45 cm2. L'eau ainsi réchauffée est ensuite transférée de la portion d'échange thermique 150 jusqu'à la chambre anodique 125 à travers le conduit de distribution anodique 155. La chaleur qu'elle transporte permet ainsi d'accélérer la cinétique d’électrolyse de l’eau.
La plaque d’écoulement anodique 40 est pourvue de reliefs 200 qui font saillie de l’évidement anodique, pour distribuer l'eau de manière homogène au sein de la chambre anodique de manière à maximiser la surface de la cellule d’électrolyse recouverte d'eau. Quant au bloc cathodique 30, il comporte un réseau en relief faisant saillie du fond de l’évidement cathodique, qui est formé par l’intersection de premier et deuxième ensembles de rainures parallèles 205, les rainures du premier ensemble étant de préférence parallèles aux rainures du deuxième ensemble. Le réseau en relief est au contact de la cellule d’électrolyse. Il permet une diffusion efficace du dihydrogène et maintient rigidement la cellule d’électrolyse contre le bloc cathodique et favorise une bonne distribution du courant électrique à la surface de la cathode.
Par ailleurs, le boitier anodique comporte un conduit de purge anodique 210 qui permet d'évacuer l'eau en excès présente dans la chambre anodique ainsi que le dioxygène formé par la réaction d'hydrolyse de l'eau. Le circuit de purge anodique 210 met en communication de fluide la chambre anodique 125 avec l'environnement extérieur du module électrochimique à travers une ouverture de purge 215 anodique disposée sur la face extérieure. Le module électrochimique comporte en outre un circuit de purge cathodique 220 pour évacuer le dihydrogène gazeux formé à la cathode par la rédaction d'hydrolyse de l'eau. Le circuit de purge cathodique relie la chambre cathodique à une ouverture de purge 225 cathodique formée sur la face extérieure 55.
Comme cela est illustré sur la figure 2, des conduits de purge anodique principaux 228 et des conduits de purge cathodiques principaux 230 sont connectés fluidiquement chacun à plusieurs ouvertures de purge anodique et ouvertures de purge cathodique respectivement, afin de collecter l’eau en excès et le dioxygène anodique d’une part et le dihydrogène cathodique d’autre part. Dans l’exemple illustré, chaque conduit de purge cathodique principal 230 est relié à trois ouvertures de purge cathodique 225. Il s'étend selon un axe du pavage de logements selon lequel les trois unités électrolytiques correspondantes sont disposées. Les conduits de purge cathodique principaux 230 sont ainsi parallèles les uns aux autres. Chaque conduit de purge anodique principal 228 est relié à trois ouvertures de purge anodiques et s’étend selon un axe du pavage de logement qui est perpendiculaire aux axes d'extension des conduits de purge cathodique. Autrement dit les conduit de purge cathodique principaux 230 et les conduit de purge anodique principaux 228 sont perpendiculaires les uns aux autres. D'autres dispositions des conduits de purge anodique et des conduits de purge cathodique peuvent être envisagées.
Par ailleurs, le boitier anodique comporte des conduits de distribution d'eau principaux 240 qui sont reliés chacun à trois ouvertures correspondantes. Les conduits de distribution d'eau principaux peuvent s'étendre comme cela est représenté, selon un axe parallèle à l’axe d'extension des conduits de purge anodique, ce qui permet d’obtenir un photoconvertisseur compact.
De préférence, les conduits de distribution d’eau principaux 240, les conduits de purge cathodique principaux 230 et les conduits de purge anodique principaux 228 sont fabriqués par fabrication additive conjointement à la fabrication de la paroi de fond 60, des parois latérales 65 et des cloisons 70 du boîtier anodique. De préférence, le diamètre intérieur minimum de chacun desdits conduits et d'au moins 6 mm et le rapport de la longueur de chacun desdits conduits sur le diamètre est inférieur à 1000, afin de permettre le dépoudrage desdits conduits au cours de la fabrication additive.
La figure 7 présente un autre exemple de réalisation du convertisseur. Il diffère seulement de celui illustré sur la figure 1 en ce qu'il comporte un nombre de cellules photovoltaïque qui est égal au nombre d'unités électrochimiques. Chaque cellule photovoltaïque recouvre la face du bloc cathodique qui lui est en regard. Avantageusement, il est ainsi possible d'effectuer une maintenance aisée du convertisseur photoélectrochimique. Par exemple dans le cas où une unité électrolytique est défectueuse, il est possible de procéder simplement au remplacement du bloc électrolytique correspondant.
Le nombre de logements peut être aisément adapté en fonction de l’application souhaitée. Par exemple, la figure 8 présente différentes variantes de boîtiers anodiques. Dans le cas de la figure 8a), le boitier anodique comporte un pavage de 3x4 logements. Sur la figure 8b), il comporte 2x2 logements et sur la figure 8c), il comporte 3x2.
La figure 9 présente encore un autre exemple de réalisation de boîtier anodiques. Il diffère de ceux présentés précédemment en ce qu’il est formé par l'assemblage de casiers 250. Les casiers 250 présentent chacun une paroi de fond de casier 255 et une paroi latérale 260 qui s'étend à partir de la paroi de fond point. La paroi de fond de casier et la paroi latérale délimitent ainsi un logement 75. Les casiers sont disposés les uns à côté des autres, de telle sorte que leurs fonds respectifs sont parallèles et définissent ainsi le fond 60 du boîtier anodique. Deux casiers adjacent sont disposés de telle sorte que leurs parois latérales sont en contact l'une avec l'autre et définissent la cloison 70 qui sépare les logements correspondant. Sur la figure 9, les casiers sont représentés de manière décalée les uns par rapport aux autres alors que leurs fonds sont effectivement parallèles. Un tel boîtier anodique présente une maintenance aisée, car il est possible de démonter l'un des casiers indépendamment des autres lorsque le casier et/ou l'unité électrolytique qu'il contient sont défectueux.
Comme cela apparaît à la lecture de la présente description, l’invention permet de simplifier la conception du convertisseur photoélectrochimique, tout en disposant d’une grande surface exposée au rayonnement lumineux qui permet d’alimenter efficacement plusieurs unités électrolytiques et générer du dihydrogène efficacement par électrolyse de l’eau
L’invention n’est bien évidemment pas limitée aux exemples présentés à titre illustratif et non limitatif.

Claims

Revendications
1. Convertisseur photoélectrochimique (5) comportant un module électrochimique (10) et un module photovoltaïque (15) superposé au module électrochimique, le module électrochimique comportant :
- un boitier anodique (20) comportant au moins deux logements (75) séparés par une cloison (70),
- au moins deux unités électrolytiques (25) qui sont non superposées, sont séparées par la cloison (70) et sont logées chacune dans un des logements (75) correspondants, chaque unité électrolytique comportant une cellule d’électrolyse (35) alimentée électriquement par le module photovoltaïque pour générer du dihydrogène par électrolyse de l’eau, une plaque d’écoulement anodique (40) et un bloc cathodique (30) qui prennent en sandwich la cellule d’électrolyse, chaque cellule d’électrolyse délimitant avec le bloc cathodique de l’unité électrolytique correspondante une chambre cathodique (130) et avec la plaque anodique de l’unité électrolytique correspondante une chambre anodique (125) pour la circulation de fluide au contact de ladite cellule d’électrolyse.
2. Convertisseur selon la revendication 1, les blocs cathodiques (30) étant disposés entre le module photovoltaïque (15) et le boitier anodique (20).
3. Convertisseur selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, le module photovoltaïque (15) étant entièrement superposé au module électrochimique (10).
4. Convertisseur selon l’une quelconque des revendications précédentes, le module photovoltaïque comportant au moins une cellule photovoltaïque (50), la ou les cellules photovoltaïques et les cellules d’électrolyse s'étendant dans des plans parallèles.
5. Convertisseur selon l’une quelconque des revendications précédentes, les logements (75) et les unités électrolytiques (35) correspondantes étant répartis régulièrement selon au moins un axe, de préférence selon deux axes perpendiculaires de manière à définir un pavage.
6. Convertisseur selon l’une quelconque des revendications précédentes, le module électrochimique comportant au moins un circuit de distribution d’eau qui débouche à son aval dans au moins une des chambres anodiques (125) et qui comporte une portion d’échange thermique (150), pour échanger de la chaleur avec le module photovoltaïque, qui est disposée entre au moins une des chambres cathodiques (130) et le module photo voltaïque (15).
7. Convertisseur selon la revendication précédente, le circuit de distribution d’eau comportant un conduit de distribution d’eau principal qui est relié à au moins deux des ouvertures d’entrée d’eau (140) pour alimenter en parallèle les chambres anodiques correspondantes,
8. Convertisseur selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant des conduits de purge anodique (210), qui débouchent chacun à leur amont dans une chambre anodique (125) correspondante et à leur aval hors du module électrochimique par une ouverture de purge anodique (215) ménagée dans le boitier anodique (20), chaque ouverture de purge anodique (220) étant en particulier superposée à l’unité électrochimique (35) délimitant la chambre anodique (125) correspondante avec laquelle l’ouverture de purge anodique (215) est en connexion fluidique.
9. Convertisseur selon la revendication précédente, comportant un conduit de purge anodique principal (228), relié à son amont à plusieurs des ouvertures de purge anodique (220).
10. Convertisseur selon l’une quelconque des revendications précédentes, le module électrochimique comportant des conduits de purge cathodique (220), qui débouchent chacun à leur amont dans une chambre cathodique (130) correspondante et à leur aval hors du module électrochimique par une ouverture de purge cathodique (225) ménagée dans le boitier anodique (20), chaque ouverture de purge cathodique étant en particulier superposée à l’unité électrochimique délimitant la chambre cathodique (130) correspondante avec laquelle l’ouverture de purge est en connexion fluidique.
11. Convertisseur selon la revendication précédente, le module électrochimique comportant un conduit de purge cathodique principal (230), relié à son amont à plusieurs des ouvertures de purge cathodique.
12. Convertisseur selon la revendication 7 et l’une quelconque des revendications 9 et 11, le ou les conduits de purge anodique principaux étant perpendiculaire au(x) conduit de purge cathodique principaux, et/ou le conduit de distribution d’eau principal d’une part et le conduit de purge anodique principal et/ou le conduit de purge cathodique principal d’autre part, étant perpendiculaires.
13. Convertisseur selon les revendications 7, 9 et 11, la ou les ouvertures de purge cathodique (225), la ou les ouvertures de purge anodique (215) et la ou les ouvertures d’entrée d’eau 140) débouchant sur une même face (55) du boitier anodique, de préférence opposée au module photovoltaïque (15).
14. Convertisseur selon l’une quelconque des revendications précédentes, le boitier anodique comportant au moins deux casiers (250), qui comportent chacun une paroi de fond (255) et une paroi latérale qui s’étend à partir de la paroi de fond et qui délimitent un des logements (75) correspondants, les casiers étant fixés les uns aux autres de telle sorte que les parois latérales en regard des casiers adjacents définissent la cloison séparant deux logements adjacents.
15. Convertisseur selon l’une quelconque des revendications précédentes, le boitier anodique étant monolithique ou le boitier anodique et les plaques d’écoulement anodique venant de matière, de préférence étant obtenu(s) par fabrication additive.
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