Brevet FR2030167A1 — publié le 19701030

Il a déjà été proposé d'assembler par des matières plastiques les électrodes à diffusion de gaz et à deux faces actives des piles à combustible groupées en batterie. On peut par exemple superposer en ordre alterné les électrodes positives et négatives^ 5 puis les enrober latéralement de résines de coulée dans un moule en intercalant entre elles des cadres—entretoises destinés à réserver les compartiments à électrolyte et à empêcher les résines de coulée d'y pénétrer,, ces cadres-entretoises étant ensuite éliminés après durcissement desdites résinese Pour former les canaux d'ame-10 Qée ou de passage de 1*électrolyte ou des gaz, on peut appliquer sur l'empilage des électrodes, ou y insérer, avant l'enrobage, des corps moulés à partir de matières non mouillables par la résine de coulée, par exemple à partir d'alcool polyvinylique, puis les éliminer par dissolution ou fusion lorsque le durcissement est 15 terminé» La présente invention se rapporte à des piles à combustible enrobées de matière plastique et composées d'une armature renplie d1électrolyte liquide de part et d*autre de laquelle sont disposés des diaphragmes, des électrodes et des organes d'espace— 20 ment suivis le cas échéant de plaques de séparation : elle a pour objet un procédé de réalisation de ces piles tel qu'il n'y ait plus à éliminer par dissolution ou fusion, après durcissement de la résine de coulée, les masses utilisées pour fermer les comparti— ments à. électrolyte ou à gaz ou pour donner naissance aux canaux 25 «Le jonction* Ce procédé est caractérisé par le fait qu'avant d'enrober les piles à combustible, on assemble entre eux ou avec les plaques de séparation, ou les deux à la fois, au moyen d'un liant, les borda des diaphragmes, pourvus de pattes latérales, puis on 30 bride le tout après empilage en un élément à combustible ou plu— sieurs groupés en batterie et l'on scelle au moyen d'un liant renfermant éventuellement des charges les compartiments à gaz ou a. électrolyte encone ouverts® La figure 1 du dessin annexé représente une pile à com— 35 bustible réalisée conformément à l'invention0 Les plaques d'extrémité, ou de séparation , 1 et 2 de cette pile sont en résine époxyde et ont une épaisseur de l'ordre de 10 mm sur un carre 1Q0 mm de coté. Sur la face intérieure 70 01615 2 2030167 de chacune d'elles se trouve un réseau d'espacement réalisé en poly— propylène à une épaisseur de 0,3 mm et une largeur de mailles d'environ 0,3 mm, lequel forme compartiment à gaz et comporte deux pattes diagonalement opposées, l'une pour l'amenée, l'autre pour 5 l'évacuation du réactif gazeux» Seul est visible sur la figure, avec ses deux pattes 4, celui de ces deux réseaux d'espacement qui est contigu à la plaque clextrémité 1 s il porte la référence 3. Les références 5 et 6 désignent des pattes de connexion munies d'une prise femelle de prélèvement de tension « On ne voit que la patte 7 10 du second réseau d'espacement, appliqué lui-même sur la plaque d'extrémité 2» Chaque réseau d'espacement, formant compartiment à gaz, est suivi d'une électrode pulvérulente dont les particules sont assemblées, de manière connue, par un liant* L'anode 3 est constituée par du nickel de Baney et ses dimensions respectives 15 sont de 100, 100 et 1,2mm« L'anode, constituée par de l'argent de Baney pulvérulent, assemblée de même par des liants et ayant pour dimensions respectives 100, 100 et 0,7 mm., n'est pas visible sur la figure» L'armature consiste en un réseau de nickel de 4imen« 20 sions 100, 100 et 0,6 mm et d'une largeur de mailles de 0,6 mm9 sur chaque face duquel est soudé par points un autre réseau de nickel, d'une épaisseur de 0,15mm et à mailles fines de 0,15mm de large» Ces trois réseaux de nickel sont munis chacun de deux pattes placées au milieu de deux cêtés opposés et destinées res— 25 pectivement & amener et à évacuer 1'électrolyte. L'armature est complètement enfermée dans les deux diaphragmes 9 et 10, en papier d'amiante et aux dimensions de 106, 106 et 0,4 mm. Conformément à l'invention, les bords des deux diaphragmes peuvent être assemblés entre eux par collage de manière à constituer un compartiment à électrolyte fermé vers l'extérieur et contenant l'armature» On peut utiliser comme liant adhésif toute matière plastique inaltérable par 1'électrolyte, par exemple des résines époxydes et des polyuréthanes. Mais il y a tout intérêt à recourir à la résine de coulée au moyen de laquelle on réalisera 35 ultérieurement l'enrobage» On peut durcir ce liant sous pression et chaleur i les modalités à adopter dépendent du type utilisé. Ce même liant étant constitué, dans l'exemple considéré, par Une résine époxyde, 70 01615 3 2030167 le durcissement a été effectué en deux heures et demie à 602C» On empile, comme on le voit sur la figure 1, l'armature enfermée dans ses diaphragmes, les électrodes, les réseaux d'espacement et les plaques d'extrémité et on bride le tout ensem-5 ble au moyen d'un dispositif approprié» On recouvre de fourreaux en papier d'amiante les pattes 4 et 7 des réseaux d'espacement, puis on scelle les compartiments à gaz, encore ouverts, au moyen d'un produit approprié, par exemple par projection au pistolet d'un mélange de 5 parties de farine d'amiante, 3 parties de résine épo— 10 xyde et 60 parties d'acétone, lesdites parties s1entendant en poids» Cette opération a pour effet non seulement de fermer de manière étanche les compartiments à gaz, mais aussi de constituer des cou» ches de transition entre, d'une part, les diaphragmes et électrodes et, d'autre part, la résine de coulée dont l'application suivras 15 Ces couches de transition empêcheront ladite résine de pénétrer dans les électrodes et compenseront les différences de dilatation thermique entre résine et électrodes» Le mélange liant ainsi appliqué ne réduit pas la surface active des électrodes, car il ne pénètre qu®imperceptible— 20 ment dans celles-ci. On peut bien entendu sceller aussi les compartiments k gaz suivant d'autres méthodes, par exemple par application à la spatule du liant épaissi par des charges» Peuvent servir de telles charges toutes substances pulvérulentes non conductrices inaltérables par 1*électrolyte, entre autres les 25 résines époxydes pulvérulentes durcies» Après durcissement du liant appliqué au pistolet, on procède de manière connue à l'enrobage de résines époxydes de la pile à combustible dans un moule de coulée et on laisse à nouveau durciro On perce enfin vers les pattes les canaux d'amenée et 30 d'évacuation et la pile est prête à fonctionner dès introduction de 1'électrolyte et des réactifs0 Ce mode de réalisation de l'invention n'est évidemment pas limité à l'enrobage d'une pile à combustible individuelle? il est applicable de la même manière à l'enrobage de plusieurs piles 35 à combustible assemblées en batterie» La figure 2 représente sché-matiquement une telle batterie» Les anodes et cathodes sont respectivement désignées par les références 11 et 12, et l'armature enfermée dans les dia— 70 01615 4 2030167 phragmes 13 et 14 porte la référence 15» Les réseaux d'espacement 16 formant les compartiments à gaz sont contigus aux plaques de séparation 17® On remarque en 18 la masse de scellement appliquée par projection et en 19 la résine de coulée* 5 Suivant un autre mode de réalisation de 1*invention, les diaphragmes peuvent aussi être utilisés pour fermer les compartiments à gaz, ces diaphragmes 20 étant alors assemblés par collage aux plaques de séparation 21 selon la représentation schématique donnée par la figure 3» Dans chaque espace ainsi fermé se trouvent 10 une électrode 22 et un réseau d'espacement 23»Le compartiment à électrolyte, placé entre les diaphragmes et renfermant une armature 24, est scellé au moyen du liant 25 comme l'étaient, sur la figure 1, les compartiments à gaz» Il y a souvent intérêt à utiliser dans les batteries 15 à combustible des électrodes à deux faces actives au lieu d'une seule. La figure 4 représente schématiquement une telle forme de réalisation, dans laquelle les compartiments à gaz sont scellés par collage des diaphragmes 26 et renferment chacun deux anodes 28 ou deux cathodes 29 et au moins un réseau d'espacement 27» 20 Le compartiment à électrolyte renfermant l'armature 30 est scellé, conformément à l'invention, par la couche de liant 31• Les électrodes extrêmes 32 ont une seule face active et les compartiments à gaz immédiatement voisins sont acellés par collag« des diaphragmes correspondants contre les plaques d'extrémité 33® 25 La masse d'enrobage est désignée par la référence 34a« On peut aussi, comme sur la figure 2, fermer les compartiments à électrolyte de cette batterie par collagf^mutuel des diaphragmes et sceller les compartiments à gaz par application de liant à la spatule ou au pistolet# 30 La figure 5 illustre enfin de manière schématique l'application du procédé selon l'invention à la réalisation de piles ou de batteries à combustible dans lesquelles on utilise un oxydant gazeux et, comme réactif, un combustible dissous dans 1'électrolyte. Le compartiment à électrolyte 34 et l'anode 35 sont scellés par le 35 liant 36, et le compartiment à gaz 37, renfermant tin réseau d'espacement 42, est enfermé avec la cathode 40 entre la plaque d'extrémité 38 et le diaphragme 39« L'armature et l'autre plaque d'extrémité sont désignées respectivement par les références 41 et 43» 70 01615 5 2030167 Le procédé conforme à l'invention est remarquable avant tout par la facilité de sa mise en oeuvre et par la suppression de traitements supplémentaire* compliqués et coûteux, après l'enrobage des piles à combustible® Il n'est plus nécessaire d'éliminer par dis— 5 solution ou fusion les masses de scellement précédemment utilisées» On évite du même coup tout risque d'action défavorable sur les. cata» lyseurs par chauffage ou par effet de mouillage par solvants ainsi que tout risque d'obstruction des électrodes par des résidus non dissous de la masse de scellement ou d'entrée en réaction de tels 10 résidus avec les réactifs ou catalyseurs* Il est bien entendu que les formes de réalisation ci« dessus décrites n'ont «qu'une valeur d'exemples non limitatifs e-fc que le procédé conforme à l'invention est applicable aussi à d1autres dispositifs de piles à combustible,. 70 01615 6 2030167 REVENDICATIONS 1a Procédé de réalisation de piles à combustible, enrobées de matière plastique et composées d'une armature remplie d*électrolyte liquide de part et d'autre de laquelle sont disposés 5 des diaphragmes, des électrodes et des organes d*espacement suivis le cas échéant de plaques de séparation caractérisé par le fait qu'avant d'enrober les piles à combustible, on assemble entre eux ou avec les plaques de séparation, ou les deux à la fois, au moyen d'un liant, les bords des diaphragmes, pourvus de pattes latérales, 10 puis on bride le tout après empilage en un élément à combustible ou plusieurs groupés en batterie et l'on scelle au moyen d'un liant renfermant éventuellement des charges les compartiments à gaz ou à électrolyte encore ouverts ■> 2* Procédé selon la revendication 1 caractérisé par 15 le fait que l'on utilise comme liant une résine époxyde ou une solution de telle résine* 3» Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que l,on utilise comme charge de la farine d'amiante» 20 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que l,on utiiise comme charge une résine époxyde pulvérulente durcie# 5«Procédé selon l,une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé par le fait qu'avant le scellement, on revêt de 25 fourreaux en papier d'amiante les pattes assurant l'amenée ou l'évacuation des réactifs ou de 1'électrolyte, notamment celles qui ne sont pas prises sous des diaphragmes» 6» Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait qu'après durcissement de la résine 30 de coulée, on munit les pattes d'alésages pour l'adduction de 1'électrolyte et des réactifso 7o Piles à combustible enrobées de matière plastique sur leur pourtour selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisées par le fait que leurs compartiments à gaz ou k 35 électrolyte sont fermés vers l'extérieur par collage des diaphragmes entre eux ou contre les plaques de séparation ou les deux à la fois et les chambres à gaz ou électrolyte non fermées par ce collage sont scellées au moyen d'un liant renfermant éventuellement des charges»