Brevet FR2083399A1 — publié le 19711217

La présente invention concérne un élément de contact plan entre les couches anodique et cathodique d'une électrode plongée dans un électrolyte acide. Dans le cas des piles à combustible à électrolyte acide, il est 5 connu d'utiliser des métaux résistant aux acides (métaux précieux ou tantale) pour les éléments de contact plan des électrodes. Grâce à une connexion directe par contacts plans entre l'anode d'une pile et la cathode de la pile suivante, le trajet du courant d'électrons entre les électrodes à relier est très court en tous les points de la surface, 10 de sorte qu'on obtient une très faible résistance transversale et par suite une bonne dérivation du courant. On connaît des électrodes bipolaires, constituées chacune par une anode et une cathode qui sont séparées par une feuille métallique conductrice, imperméable aux gaz ("Handbook of Fuel Cell Technology" de 15 Cari Berger, Prentice-Hall, Inc.", Englewood Cliffs, New Jersey, p. 407). Les faces des couches de tatalyseur de l'anode et de la cathode, opposées à 1'électrolyte, sont ainsi reliées électriquement. Dans le cas d'électrodes à diffusion gazeuse, les faces des couches de catalyseur opposées à 1'électrolyte doivent être séparées avec 20 étanchéité aux gaz et alimentées par des gaz différents. Le développement conduit à des électrodes toujours plus grandes et plus minces. L'invention a pour objet des électrodes de grande surface et à couches minces, imperméables aux gaz et à 1'électrolyte, avec des éléments 25 de contact plan à faible résistance transversale. Les couches de catalyseur doivent être parfaitement reliées à l'élément da contact plan et l'alimentation en gaz des couches de catalyseur doit être simple. L'électrode même doit être souple, afin d'éviter das contraintes mécaniques lors de la constitution des batteries de piles à combustible, par empi-30 l&ge des piles. La production des électrodes doit être siaple et économique, les matériaux coûteux et peu appropriés, ucilisés jusqu'à présent pour les éléments de contact plan {métal précieux, tantale), étant remplacés par des propriétés plus économiques st présentant les iuâni&s propriétés. 35 Selon une particularité essentielle de l'invention, l'éiéirent de contact plan est constitué par du graphite imprégné, .étanche aux gaz et aux liquides. Les faces de l'élément de contact plan comportent des COPY 70 47192 2 2083399 rainures pour l'alimentation en gaz. Les couches de l'électrode sont de préférence frittées sur l'élément de contact plan. D'autres objets et avantages de 1'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réali-5 sation et du dessin annexé sur lequel : la figure la est une élévation frontale d'une électrode bipolaire; la figure lb est une élévation suivant la coupe A-A et la figure le est une élévation suivant la coupe B-B. L'élément de contact plan 1 selon l'invention est constitué par 10 du graphite, conducteur, iroprégaé, é tanche aux gaz; et aux liquides. De la mousse de graphite est utilisée pour la production. Des couches de catalyseur 2, 3 sont frittées directement sur les deux faces de l'élément de contact plan 1. La couche 2 représente l'anode, constituée de préférence par un mélange carbure de tungstène-matière plastique, tandis 15 que la couche 3 représente la cathode, constituée par un mélange charbon- matière plastique. Le polyéthylène et le téflon sont des matières plastiques permettant un bon frittage des couches 2, 3 sur l'élément de graphite 1. En vue de l'alimentation des couches de catalyseur 2,3 en gaz, les 20 deux faces de l'élément de graphite 1 portent des rainures parallèles 4, qui constituent un réseau de canaux dirigeant le gaz. Les rainures 4 débouchent dans un canal principal non représenté. L'élément 1 est produit de préférence à partir de mousse de graphite. Afin d'éviter une obturation par compression, il est possible de remplir 25 les rainures 4 avec un corps soluble dans l'eau ou similaire, puis de le dissoudre après le pressage. Les avantages de l'invention résident notamment dans le fait que l'élément de contact plan en graphite assure entre les couches de catalyseur une connexion bonne conductrice et imperméable aux gaz et à 30 1'électrolyte. La mousse de graphite permet la production de couches très minces et néanmoins étanches. L'addition de matière plastique aux couches de catalyseur permet de fritter ces dernières directement sur le graphite. La surface du graphite comporte des pores dans lesquels le plastique des couches de catalyseur pénètre pendant le frittage et assure 35 ainsi l'ancrage des couches sur le graphite, et par suite un bon contact. La connexion selon l'invention permet de produire des électrodes bipolaires à faible épaisseur de couche. Une électrode peut par exemple être 70 47192 3 2083399 constituée par un élément de contact plan 1 de 1,3 mm d'épaisseur et deux couches de catalyseur 2, 3 d'une épaisseur de 0,3 mm chacune. Par suite du faible poids spécifique de l'élément de contact, le poids de la connexion dans l'exemple considéré est inférieur à la moitié de celui des 5 couches de catalyseur. La puissance spécifique des batteries de piles à combustible est en outre notablement augmentée par rapport à celle des réalisations connues. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement à titre 10 d'exemple non limitatif, sans sortir du cadre de l'invention. 70 47192 4- 2083399 REVENDICATIONS 1 - Elément de contact plan entre les couches anodique et cathodique 5 d'une électrode plongée dans un électrolyte acide, appliqué sur les faces de l'électrode opposées à l'électrolyte, sous forme d'élément conducteur et résistant aux acides, et constituant la paroi de pile et la connexion entre deux piles successives, ledit élément étant caractérisé par sa réalisation en graphite imprégné, étanche aux gaz et liquides. 10 2 - Elément de contact plan selon la revendication 1, caractérisé par un réseau de nervures pour l'alimentation en gaz. 3 - Elément de contact plan selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le frittage des couches d'électrode sur l'élément de contact plan.