Brevet FR2053181A1 — publié le 19710416

la présente invention se rapporte à un composant pour piles à combustible qui simplifie et améliore nettement la structure des batteries correspondantes. Une première simplification consistait, d'après le . 5 brevet allemand 1 238 083, à rapporter sur des électrodes en corps moulés ou frittés assemblables en batterie de piles à combustible un encadrement en matière thermoplastique entourant ces électrodes, remplissant les pores de leurs arêtes exté-rieures, dépassant au moins d'un côté leur surface et comportant 10 "des surfaces de joint. On peut bien se dispenser ainsi des éléments â'étanchéité autrement nécessaires pour les électrodes, mais 11étanchéification des chambres à électrolyte et à gaz ainsi que la fixation des amenées et évacuations d'électrolyte et de réactifs représentent encore une grande complication tech-15 nique et prennent beaucoup de temps. L'invention a pour objet un composant pour piles à combustible qui puisse être disposé en*suite alternée avec l'arma-' ture de soutien ou avec celle-ci et l'électrode, le tout étant ensuite noyé, pour-former une batterie, dans une masse de coulée • 20 sans que celle-ci puisse pénétrer dans les chambres à gaz ou à électrolyte ni dans les électrodes. Ce composant pour piles à combustible est caractérisé par le fait qu'il se compose d'une tôle de séparation conductrice de l'électricité sur au moins une face de laquelle sont placés 25 un .ou plusieurs réseaux métalliques d'écartement, une électrode et un diaphragme dont le bord est assemblé à ladite tôle de séparation et noyé dans un châssis en matière plastique, ce châssis dépassant d'un côté la surface de cette jnême tôle et -renfermant, pour l'amenée et l'évacuation de 1 'électrolyte, des 30' canaux fermés par une feuille de matière plastique tandis que la tôle de séparation, le réseau d'écartement et le 'diaphragme comportent des pattes diagonalement opposées. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée de deux modes de réalisation pris comme exemples ■ 35 non limitatifs et illustrés par le dessin annexé. La figure 1a est une coupe médiane à travers l'épaisseur d'un composant convenant particulièrement à la constitution de batteries de piles à combustible fonctionnant au moyen d'un combustible dissous dans 1'électrolyte, par exemple au moyen d'hy-40 drazine dissoute dans de la potasse. La référence 1 désigne une 70 27360 •i 2053181 tôle de séparation en nickel formant un carré de 106 mm de côté sur une épaisseur de 0,3 mm. Cette tôle de séparation comporte des pattes de 4 mm sur 23 diagonalement opposées qui apparaissent sous les références 2 et 3 sur la vue en plan de la figure 5 1b. le réseau d'écartement 4 formant la chambre à gaz comporte également des pattes diagonalement opposées, de 4 mm sur 17, et forme un carré de 100 mm de côté sur une épaisseur de 0,3 mm. Il est suivi de l'électrode 5, constituée dans cet exemple par de l'argent de Raney dont les particules sont liées entre ëLles 10 par une dispersion de matière plastique. Cette électrode, d'environ 0,9 mm d'épaisseur, forme un carré de 100 mm de côté. La référence 6 désigne un diaphragme en papier d'amiante collé sur son bord à la tôle de séparation 1 et comportant comme elle deux pattes diagonalement opposées. Ce diaphragme a une épaisseur 15 d'environ 0,35 mm et forme un carré de 106 mm de côté. Un châssis de coulée'7 encadre la tôle de nickel ainsi que le diaphragme, et des feuilles 9 recouvrent les canaux d'électrolyte 8 de ce châssiso Le collage du diaphragme 6 sur la tôle de nickel 1 s'ef-20 fectue de préférence sous pression et avec la même résine de coulée, par exemple une résine époxyde, qu'ensuite l'enrobage par le châssis. Après durcissement de ce collage, on dépose dans un moule de coulée l'élément ainsi réalisé et on l'entoure de résine époxyde coulée de telle manière qu'il se forme dans le 25 châssis deux canaux d'électrolyte 8 ouverts vers le haut que l'on recouvre, par collage, chacun d'une feuille de résine époxyde après durcissement de la résine de coulée. La figure 1c est une vue de face du composant sur laquelle on retrouve : le châssis de coulée 7 et ses canaux d'électrolyte 30 8 respectivement munis d'une ouverture d'admission 10 et d'une ouverture d'évacuation 11 ; la tôle de nickel 1 entourée par la-résine époxyde coulée. Pour constituer une batterie, on pose sur l'autre face de la tôle de nickel 1 du composant selon la figure 1a l'arma-35 ture de soutien 12 composée d'un ou de plusieurs réseaux et formant la chambre d'électrolyte, puis l'électrode en réseau 13 revêtue de nickel de Raney et formant l'anode, on aligne les composants les uns contre les autres et l'on obtient ainsi un grand nombre de piles à combustible fermées vers l'extérieur 40 • de telle manière que la résine de coulée utilisée ensuite pour 70 27360 3 2053181 10 15 20 25 30 35 l'enrobage en batterie ne peut pas pénétrer dans lesdites piles. Cet ensemble de piles à combustible ne comporte à chacune de ses extrémités qu'un demi-élément, en sorte que les plaques correspondantes, conformes aux figures 1d et 1e, ne renferment l'une que la cathode et une chambre à gaz, l'autre que l'anode et une chambre à électrolyte. la figure 1d représente un composant renfermant la cathode 14, le réseau d'écartement 15, le diaphragme 16, la tôle de nickel 17 et la plaque d'extrémité 18, sur laquelle le diaphragme 16 est directement collé. Le châssis en matière plastique est désigné par la référence 19. La figure 1e représente quant à elle un composant qui renferme la partie d'électrolyte d'une pile à combustible. On. y a désigné par 20 la plaque d'extrémité, 21 la tôle de séparation, 22 l'armature de soutien et 23 l'électrode revêtue de nickel de Raney. Le châssis de coulée 24 renferme les canaux d'élec~ trolyte 25, recouverts, par collage, de feuill.es de résine époxyde 26 et servant l'un à l'amenée, l'autre à l'évacuation de 1'électrolyte. Après avo^r empilé les composants à l'aide d'un dispositif de centrage dans un moule de coulée et les avoir comprimés les uns contre les autres, on enrobe la batterie d'une masse de résine époxyde pour en faire un bloc que l'on durcit, démoule, puis redurcit pendant deux heures à une température de l'ordre de 70°C. Or perce ensuite, pour l'amenée du gaz et de 1'électrolyte, les pattes, placées les unes derrière les autres, des tôles de nickel, réseaux d'écartement et diaphragmes. Il ne reste pluSjpour pouvoir mettre, la batterie en service, qu'à adapter les" raccords tubulaires et faire le plein de réactifs et d«électrolyte. Suivant le deuxième mode de réalisation correspondant aux figures 2a, 2b, et 2c, la tôle de séparation prise dans le châssis de coulée du composant peut aussi comporter m réseau d'écartement, une électrode et un diaphragme de chaque côté en sorte que le composant complet renferme deux chambres à gaz et deux électrodes. On a désigné, sur la figure 2a, par 30 la tôle de nickel, 31 et 32 les réseaux d'écartement, 33 l'anode, 34 la cathode, 35 et 36 les diaphragmes collés par leurs bords sur la tôle de séparation. La référence 37 désigne le châssis de coulée renfermant les canaux d*électrolyte 38 recouverts, par bao original 70 27360 4 2053181 collage, de feuilles de résine de coulée 39. La chambre d'électrolyte est réalisée simplement par l'insertion d'une armature de soutien 40 dans la partie saillante du châssis après durcissement de celui-ci et recouvrement des canaux d'électrolyte. 5 Les figures 2b et 2c représentent les deux composants formés l'un de la partie de gaz, l'autre de la partie d'électrolyte d'une pile, qui sont nécessaires pour compléter la batterie à ses extrémités. Dans le.composant de la figure 2b, la plaque d'extrémité 10 41, faite de résine époxyde, porte le réseau d'écartement 42, l'électrode 43 et le diaphragme 44 directement collé sur elle et enrobé par ailleurs, sur ses bords, par le châssis 45. Dans la partie d*électrolyte formant l'autre extrémité représentée par la figure 2c, le diaphragme 47, renfermant 15 l'électrode 48 et la chambre à gaz formée par le réseau d'écartement 49s est collé sur la plaque de résine époxyde 46. La référence 50 désigne le châssis de coulée renfermant les canaux d'électrolyte 51 recouverts par les feuilles 52. La chambre à électrolyte est formée, comme à l'autre extrémité, par la partie 20 saillante dudit châssis de coulée 50, dans laquelle une armature de soutien 53 est insérée librement. L'enrobage de l'ensemble des piles à combustible et la réalisation des canaux de gaz et d'électrolyte s'effectuent, comme dans le premier exemple, par coulée de résine époxyde et perçage des pattes des diaph-25 ragmesp réseaux d'écartement et tôles de séparation. La batterie de piles à combustible ainsi réalisée à partir des composants conformes aux figures 2a, 2b et 2c est particulièrement destinée à fonctionner avec des réactifs gazeux, par exemple avec de l'hydrogène et de l'oxygène. 30 La figure 3 représente une batterie obtenue à partir des composants conformes aux figures 1a, 1d et 1e. On y a désigné par les références 55 et 56 les prises de courant, 57 les plaques d'extrémité et 58 les tôles de nickel. La référence 59 désigne l'armature de. soutien dans chaque chambre à électro-35 lyte, la référence 60 chaque électrode en réseau activée au nickel de Raney. Il existe dans chaque élément un diaphragme 61 entre l'électrode à oxygène 62 et l1électrode en réseau 60 et, derrière l'électrode à oxygène, le réseau de chambre à gaz 63 et la tôle de ctantaot 64» L'éleotrolyte de oette batterie, amené par les canaux 65, recouverts, par collage, de plaques de résine époxyde 66, renferme aussi'le combustible, constitué par 40 exemple par de l'hydrazinei 70 27360 5 2053181 REVENDICATIONS 1. Composant pour pile à combustible exploitée au moyen de réactifs uniquement gazeux ou d'un combustible dissous dans 1'électrolyte caractérisé par le fait qu'il se compose d'une 5 tôle de séparation conductrice de l'électricité sur une face de laquelle sont placés un ou plusieurs réseaux métalliques d'écar= tement, une électrode et un diaphragme dont le bord est assemblé à ladite tôle de séparation et noyé dans un châssis en matière plastique, ce châssis dépassant d'un côté la surface de cette 10 même tôle et renfermant, pour l'amenée et l'évacuation de l'é-lectrolyte, des canaux fermés par une feuille de matière plastique tandis que la tôle de séparation, le réseau d'écartement et le diaphragme comportent des pattes diagonalement opposées. 2. Composant selon la revendication 1 caractérisé par le 15 fait qu'un ou plusieurs réseaux d'écartement métalliques, une électrode et un diaphragme sont placés sur chaque face de la tôle de séparation. 3. Batterie formée de composants selon la revendication 1 caractérisée par le fait qu'elle se compose de deux plaques 20 d'extrémité qui portent des demi-cellules et électrodes de polarités opposées de l'une à l'autre et entre lesquelles sont placés les composants empilés, dans lesquels on a inséré les armatures de renforcement ou celles-ci et des électrodes, ces plaques d'extrémité ainsi que les demi-cellules et composants 25 compris entre elles étant enrobés de résine de coulée pour former un bloc de batterie muni de perçages pour l'amenée et l'évacuation de 1'électrolyte et des réactifs ainsi que pour le prélèvement du courant.