Brevet FR2009327A1 — publié le 19700130

i 2009327 Le dosage des réactifs est plus difficile dans les piles à combustible fonctionnant au moyen de réactifs liquides dissous dans l'éleetrolyte que dans celles qui utilisent des combustibles et oxydants gazeux» Dans ces dernières, le combustible et 1*oxydant, 5 respectivement constitués, par exemple; par de 1'hydrogsa©. ©t de 1'oxygène, peuvent ttre amenés sous pression constante à la pile» Dans les piles fonctionnant aTec un combustible liquide, par exerajie, de l'hydraaine, eu arec un oxydant liquide, par exemple de l'eau oxygénée, il faut ajouter le réactif liquide à l'éleetrolyte, soit ,0 en continu, soit en discontinu» En continu, la ooncentrâtion du réactif liquide dans l'éleetrolyte peut ttre maintenue constante; en discontinu, cette concentration varie au contraire périodiquement* Htm* à concentration en réactif liquide constante» les piles 15 à combustible ne fonctionnent pas à un régime optimal en cas de variations de certaines données telles que charge et température» Un régime optimal exige on effet que la concentration soit sans cesse adaptée susdites variations de température et de change* Une concentration en réaetif liquide trop élevée crée surtout le ris» 20 que d'influences défavorables sur la contre-électrode et d'un» réduction, roire d'un effondrement, du potentiel de celle—ci» Une concentration trop basse conduit, peur sa part, K une altération dos électrodes* L'invention a pour objet un procédé de dosage de réactifs 25 liquides dans des piles à combustible dans lequel le réactif liquide soit refoulé en continu dans l'éleetrolyte do la pile et la eencontration dudit réaetif soit constamment adaptée aux conditions variables du fonctionnement» Ce procédé est caractérisé par le fait que. l'êa coajmande à 30 . partir de la tension aux bornes de la pile et par l'intermédiaire d'un régulateur le moteur d'une pompe de dosage du réactif liquide en sorte que le débit de la pompe augmente quand cotte tension s'é-lève et diminue quand elle s'abaisse et l'on fait famsidaEser la pile à combustible dans une plage de oencentrations o*à un accrois— 35 sement do la concentration on r éaetif liquide provoque, à ©barge égale, une augmentation de la tension de la pile, setto dernière comportant au moins une électrode dont le régime de tension en fono» tion de l'intensité s'améliore quand la concentration en réaetif dissous augmente» 40 Le procédé convient principalement au fonctionnement de BAD ORIGINAL 69 16777 2 2009327 piles à combustible au moyen dshydr&ïïine âissoui© âaas un élee-trolyte aîoslîa# Osa peut bien entendu utiliser aussi somme réactif» liquides d'autres substances liquides comme le méthanol, un bora— nate ou de l'eau oxygénée. En cas de fonctionnement aTec une solu— 5 tion 6n de potasse et de l'hydrazine, la plage dans laquelle une augmentation de concentration en hydrazine conduit, à chargé égale, à une augmentation de la tension aux bornes de la pile, se situe approximativement entre 0,01 et 2 moles/ 1 6 n KOH si l'on utilise comme oxydant l'oaqrgène» Quand la charge s'accroît, la te»— 10 sion de la pile s'abaisse, mais, conformément à l'invention, le débit d*hydrazine augmente dans la mesure nécessaire peur maintenir la tension prescrite par le régulateur» Il n*est donc pas besoin de dispositif électronique supplémentaire de maintien de tension constante» 15 L'invention offre aussi l'avantage d'éviter un surdosage du réaetif liquide et l'altération qui en résulterait pour la contre-électrode» Elle réduit en outre à un minimum les pertes par court— circuit chimique ou décomposition spontanée de l'hydrazine» L'invention sers mieux comprise k l'aide de la description 20 d'un mode de réalisation pris essais exemple nen limitatif et illustré par le dessin annexé» La fig» 1 représente schématiquement une pile h combustible 1 dont la chambre à électrolyte est reliée, par l'intermédiaire des canalisations 2 et 3 et de la pompe 4, au réservoir d'élee-25 trelyte 5» Un autre réservoir, 6, contient le combustible ou l'oxydant, et une pompe 7 refoule ce réactif dans le eirouit de l'éleetrolyte par l'intermédiaire de la canalisation 8» Le moteur d'entraînement 9 de la pompe de dosage 7 est branché électriquement sur le régulateur 10, et des conducteurs relient chacune 30 des électrodes de la pilq&'une part à ce même régulateur 10 et au moteur d'entraînement 11 de la pompe de circulation 4 de l'éleetrolyte, d'autre part, à la charge désignée par 12» Si la tension aux bornes de la pile descend au-dessous d*âne valetir fixée à l'avance, le régulateur 10 fait augmenter le pas-35 sage du courant à travers le moteur 9 et par conséquent aussi la quantité de réaetif liquide introduite en 13 dans le circuit de. l'éleetrolyte». La tension de la pile remonte donc en sorte que le régulateur fait à nouveau diminuer le courant à travers le moteur 9 ainsi que le débit de la pompe 7» 40 Le moteur 11 de la pompe de circulation 4 fonctionne* ■ . BÀD ORIGINAL 69 16777 3 Û09327 quant à M, indépendamment de la tension de la piles Le régulateur de commande 10 du moteur de pompe 9 est établi d'après le nombre des piles à combustible et leur tension élémentaire ou celle de la batterie» Les batteries qui comportent 5 un nombre relativement grand d'éléments en série fournissent une tension continue suffisamment élevée pour que l'on n'ait à utiliser que des amplificateurs normaux. On commande en ce cas le moteur de la pompe par simple comparaison entre valeurs réelle et de consigne. 10 La fig* 2 représente le schéma d'un régulateur utilisable sur piles individuelles et batteries* La tension minimale sous laquelle le régulateur peut fonctionner est de l'ordre de 0,5 V* On utilise comme valeur de consigne pour la régulation la tension de seuil du transistor 14* Lorsque la tension de la pile diminue, 15 la valeur réelle, prise sous forme de fraction optimale de ladite tension sur la résistance 15 de 100 ohas diminue également* Si •lie devient inférieure k la tension de seuil du transistor 14, celui—ci atteint une résistance élevée et se bloque* Dans ces cenditions, le transistor 16 est, lui aussi, fortement résistant 20 et le transistor 17 au contraire faiblement résistant* Le courant se dirige alors, k travers le transistor 17, vers le moteur 18 et la pompe est entraînée* En cas d'augmentation de la tension de la pile, le processus s'inverse t les transistors 14 et 16 deviennent faiblement résistants, le transistor 17 au contraire for-25 tement résistant, si bien que le passage du courant vers le moteur 18 est bloqué et que le réactif n'arrive plus* Le point auquel lo moteur doit se mettre en marche est réglable à la prise mobile do la résistance de 100 ehas* La fig* 3 représente schématiquement une pile à combustible 30 fonctionnant à l'hydrazine liquide et à l'oxygène gazeux* L'anode est constituée par un réseau de nickel 19 platiné et la cathode 20 par do l'argent Baney en poudre* Los références 21, 22 et 23 désignent respectivement un diaphragme en amiante et deux réseaux métalliques, le premier k mailles fines, le second k grandes 35 mailles* L'éleetrolyte renfermant l'hydrazine entre dans la couche do fibre d'amiante on 24* Sous une tension prescrite de 0,7 Y de la pile, les concentrations en hydrazine qui s'établissent dans cette dernière en fonction de la charge sont les suivantes t 0,03 k 0,05 mole/l pour 5 mA/ca2; 0,1 aole/l pour 10 mA/cm2; 0,25 40 mole/l pour 15 mi/cm2* 69 16777 4 2009327 REVËffiil CATIONS 1®) Procédé de dosage de réactifs liquides dans des piles à combustible dans lequel le réactif liquide est refoulé en continu dans l'éleetrolyte de la pile et la concentration dudit réactif 5 est constamment adaptée aux conditions variables du fonctionnement, procédé caractérisé par le fait que l'on commande à partir de la tension aux bornes de la pile et par l'intermédiaire d'un régulateur le moteur d'une pompe de dosage du réactif liquide en sorte que le débit de la pompe augmente quand cette tension s'é-10 lève et diminue quand elle s'abaisse et l'on fait fonctionner la pile à combustible dans une plage de concentrations où un accrois» sement de la concentration en réactif liquide provoque, à charge égale, une augmentation de la tension de la pile, cette même pile comportant au moins une électrode dont le régime de tension en 15 fonction de l'intensité s'améliore quand la concentration en réactif dissous augmente* 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on utilise comme réactif liquide l'hydrazine, le métha-nol, un boranate ou de l'eau oxygénée»