Brevet FR2099567A1 — publié le 19720317

La présente inveIft:Lon concerne um procédé pour la production d'une modification continue de l'hydr#phobie sur la section transversale d'électrc es pour éléments galoaniques. De telles électrodes sont propres, de préférence, à la mise en oeuvre dans des éléments combustibles ou des systèmes hybrides. Selon ce procédé, on peut fabriquer aussi bien des électrodes que des parties d'électrodes pour la réduction de l'oxygène et pour ltoxydation d'un combustible. On a déjà proposé de fabriquer des électrodes de charbon hydrophobes en imbibant un corps de charbon hautement actif, catalytique, avec des solutions ou avec des dispersions de milieux d'hydrophysation, tels que le polyéthylène, le polytétrafluoréthylène, la paraffine ou autres. Pour obtenir une répartition régulière des substances hydrophobes, on doit présenter un charbon actif homogène. Cela est techniquement possible, mais très difficile, et d'une reproductibilité non satisfaisante. Un autre inconvénient de ce procédé réside en ce que la couche intermédiaire d'hydrophobisation ainsi apportée est déplacée relativement facilement par les électrolytes. Pour éviter ces inconvénients, on peut préparer, également, des électrodes de charbon hydrophobes par mélange de charbon pulvérulent avec un liant hydrophobe, puis compression à chaud ou à froid. Mais, dans ces cas, une proportion relativement grande de liant est nécessaire pour obtenir une hydrophobie satisfaisante. Cependant,,avec une teneur en liant décroissante, l'activité catalytique et la conductibilité des électrodes diminuent fortement. Il est connu de comprimer des mélanges dans lesquels le liant est séparé simultanément comme film hydrophobisant avant le compactage sur les particules de charbon. la réunion d'une puissance élevée avec une bonne hydrophobie et une conne compacité des électrodes est possible avec des électrodes à plusieurs couches. On connaît des électrodes d'une hydrophobie graduelle, dans lesquelles l'électrolyse est fixée près du côté de l'électrolyte. La fabrication de ces électrodes est réalisée par projection et frittage de couches de charbon liées avec du polyéthylène ou du polytétrafluoréthy lène sur une feuille de nickel fritté hydrophobisée au moyen de tétrafluoréthylène avec compactage consécutif. Du côté de l'élec trolyte, on projette 3 couches de charbon, le plus souvent avec 5, 10 et 15 % de polyéthylène, dissous à 12000 dans du xylène. Elles se trouvent sur des couches charbon-graphite liées avec du teflon, qui assument la fonction de blocage de l'électrolyte0 La projection de couches charbon-polyéthylène ou d'autres couches charbon-liant, dans lesquelles le liant est dissous ou finement dispersé, conduit à un revêtement du grain de charbon par un film de polyéthylène, et ainsi à un fort amoindrissement de la conductibilité et à un abaissement de l'activité té catalytique du charbon. Compte tenu des inconvénients ci-dessus exposés, la présente invention a pour but la création d'électrodes de charbon de haute puissance, de bonne hydrophobie et de conductibilité électronique suffisanteF qui, avec une faible pression d'exploitation ou à la pression atmosphérique, peuvent être exploitées pendant longtemps avec un haut degré d'efficacité de la composition gazeuse, ainsi qu'avec une puissance élevée. La présente invention est caractérisée en ce que l'on imbibe les particules de liant de la surface des pores d'électrodes à plusieurs couches avec des solvants, puis par évaporation consécutive on sépare ces solvants sous fcrme d'un film hydrophobisant, de sorte que. l'hydrophobie se modifie continuellement à travers la section transversale des électrodes, de sorte que l'électrode de charbon continent un complexe protecteur, dont l'hydrophobie se modifie continuellement dans la section transversale de l'électrode, le grain de charbon n'étant pas complètement entouré du film de liant, la surface de l'électrode tournée vers l'électrolyte contenant la plus faible proportion de liant. Toujours conformément à la présente invention, plusieurs couches de charbon, par exemple avec une teneur en poudre faiblement comprimée de polyéthylène de 4, 8, 12 et 16 %, sont dosées, puis frittées et compactées. On imbibe alors l'élec- trode avec un solvant, par exemple du xylène, puis l'on sèche à des températures appropriées, dépendantes du solvant. Ensuite, de préférence, on dissout rapidement le liant présent dans les pores et on le sépare de nouveau sous forme de film en évaporant le solvant. On choisit la durée de l'évaporation de telle sorte que le liant dissous pénètre, en partie, dans les pores de l'électrode plus pauvres en liant, grtce à quoi, par la chute de la concentration, on peut obtenir une modification continue de l'hydrophobie. Une autre variante de la présente invention consiste en ce qu'on peut gouverner l'aptitude à la mise en solution, ainsi que, également, la vitesse d'évaporation du solvant, en utilisant des mélanges, par exemple le xylène/benzène/tétra- hydrofurane. Suivant l'invention, on peut fabriquer aussi des électrodes à une seule couche ayant une hydrophobie régulièrement répartie au-dessus du corps de l'électrode, lorsqu'on imbibe les lingots de charbon actif et de liant avec un solvant, tel que le xylène. Par une évaporation consécutive, celui-ci s'échappe de lui-même, et ainsi le liant est séparé sous forme de film, et l'hydrophobie du corps d'électrode est accrue. Conformément à la présente invention, on peut ajouter aussi au solvant, dans tous les cas, des carbures d'hydrogène monomères, tels que le styrène, qui se polymérisent pendant le processus d'évaporation du solvant. On peut encore ajouter au solvant des substances ayant des propriétés hydrophobes, telles que, par exemple, la paraffine, qui provoquent un renforcement de l'effet d'hydrophobie qu'on peut obtenir suivant 1' invention. La présente invention est expliquée, ci-après, à l'aide des exemples d'exécution non limitatifs. EXEMPLE I i On traite, comme il est dit ci-dessous, une électrode constituée de trois couches de charbon WDX 022-1 et d'un liant de polyéthylène à basse pression, dans l'ordre ~ charbon avec 5 % de liant, charbon avec 10 ffi de liant et charbon avec 15 % de liant, sur une structure conductrice appropriée. Le corps d'électrode est, soit chauffé à 8O0C, puis trempé dans du xylène, soit imbibé dans le vide à température normale. On le chauffe ensuite pendant deux heures à 130 15O0C; de sorte qu'une partie du liant se dissout et se sépare sous forme de film sur la surface et dans les pores. Lors d'une mesure électronique consécutive, les électrodes traitées montrent une hydrophobie bien plus élevée que précédemment. Avec une perte d'activité de 15 % et une augmentation de résistance de 20 %, on obtient une élévation de la durée de vie au travail sans surpression voisine d'un facteur 8. EXE###PLE 2 On ajoute au xylène, avant le processus de séchage, une quantité déterminée, de préférence comprise entre 1 et 5 r#, de styrène faiblement polymérisé. Pendant le chauffage, le styrène se polymérise complètement, et l'on obtient ainsi une élévation supplémentaire de l'hydrophobie. La diminution de l'activité est comprise entre 15 et 20 % pour une augmentation de la résistance de 20 à 25 #; la longévité est accrue d'un facteur 10 environ. EXEMPLE 3 On peut aussi appliquer le procédé en cause sur du polyéthylène à haute pression. Des électrodes constituées de charbon P 33 dans l'ordre des couches D charbon avec 5 % de polyéthylène à haute pression, charbon avec 10 % de PE-ND et charbon avec 20 fio de PE-ND, sur une structure conductrice, donnent, par un traitement conforme à la présente invention, avec une perte d'activité de 5 P et une augmentation de résistance de 10 à 12 #, une augmentation d'un facteur 2 de la longévité à 50 mA/cm2 avec l'oxygène à 650C. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Procédé de production d'une modi:ication continue d'hydrophobie à travers la ss--tion transversale d'électrode des, procédé caractérisé en ce qu'on imbibe les particules de liant de la surface des pores d'électrodes à plusieurs couches avec des solvants, puis par évaporation consécutive on sépare ces solvants sous forme d'un film hydrophobisant, de sorte que l'hydrophobie se modifie continuellement à travers la section transversale des électrodes. 2.- Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on gouverne la capacité de mise en solution, ainsi que la vitesse de l'évaporation de mélanges solvants, pour obtenir une hydrophobie progressivement croissante à travers 1. électrode. 3.- Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fabrique des électrodes avec une seule couche à hydrophobie régulière. 4.- Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ajoute au solvant un milieu hydrophobisant supplémentaire, qui est séparé et déposé en même temps que les particules dissoutes du liant. 5.- Procédé conforme à la reventication 1 caractérisé en ce qu'on ajoute au solvant des hydrocarbures monomères, tels que du styrène, qui se polymérisent lors du processus de travail ci-dessus décrit, grâce à quoi l'on obtient une augmentation supplémentaire de lihydrophobie.