Brevet FR2061666A1 — publié le 19710625

i 2061666 La présente invention a pour objet une batterie d'éléments à combustible, fonctionnant avec un réactif, en particulier l'hydrazine, dissous dans 1'électrolyte, cette batterie étant constituée de composants préfabriqués et étant enrobée de résine 5 de moulage. La présente invention vise également un procédé pour fabriquer cette batterie. On a déjà proposé de réunir en une batterie, à l'aide de matières plastiques les électrodes à diffusion gazeuse des éléments à combustible, électrodes travaillant sur leur deux faces. 10 Cela peut être réalisé d'une manière telle, par exemple, que les électrodes positives et négatives soient empilées alternativement, puis enrobées de résines de moulage dans un moule, des cadres d'espacement formant le volume destiné à recevoir ultérieurement l'é-lectrolyte et empêchant la résine de pénétrer dans ce volume, étant 15 introduits entre les électrodes, pour en être retirés après durcissement des résines. Pour réaliser les canaux d'arrivée et de liaison pour 1'électrolyte ou pour les gaz, on peut avant l'enrobage rapporter ou insérer sur la pile d'électrodes des pièces en un matériau que la résine ne peut mouiller, par exemple un alcool po-20 lyvinylique, et les extraire de nouveau par dissolution ou fusion lorsque la résine est solidifiée. Les batteries d'éléments à combustible ne fonctionnent cependant pas de façon optimale dans le cas où les réactifs sont dissous dans 11électrolyte. La présente invention a pour but de réaliser une batte-25 rie d'éléments à combustible pour la fabrication de laquelle on puisse éviter les complications rencontrées dans les batteries enrobées quant à la réalisation des canaux et quant à l'étanchéité de cavités. La batterie d'éléments à combustible conforme à l'inven--50 tion est caractérisée par le fait qu'elle est constituée de composants A disposés les uns contre les autres, et de composants d'extrémité ou terminaux B'et C, et est enrobée d'une résine de moulage, chaque composant A étant formé de deux diaphragmes entre lesquels se trouvent une ossature de support, une grille d'espa-25 cernent, une tôle de contact, des cadres d'étanchéité et des électrodes de polarités différentes, le composant B étant formé d'un diaphragme et d'une tôle de contact entre lesquels se trouvent une électrode, une ossature de support et un cadre d'étanchéité, et le composant C étant formé d'un diaphragme et d'une tôle de contact •40- entre lesquels se trouvent une grille d'espacement, un cadre d'étan- 70 32964 2 2061666 chéité et une électrode que les cadres d'étanchéité, les diaphragmes et les tôles de contact comportent des talons et des perçages pour l'arrivée et l'évacuation des réactifs, et que les cadres d'étanchéité sont reliés rigidement à la tôle de contact ou au 5 diaphragme des composants respectifs. Le progrès technique offert par la batterie conforme à 1'invention consiste surtout dans le fait qu'il existe deux diaphragmes entre le volume pour le gaz et celui pour l'électrolyte, diaphragmes qui permettent de fermer ces volumes d'une façon 10 simple. Les perçages et canaux pour l'arrivée et l'évacuation des réactifs peuvent ainsi être pratiqués dans les différents éléments avant l'enrobage de la batterie, ce qui facilite et améliore considérablement la mise en oeuvre et la sécurité de fonctionnement de la batterie. L'obstruction des conduits pour la 15 circulation des réactifs à l'intérieur de la batterie, ainsi que 1'endommagement du catalyseur qui se produit fréquemment lors de l'élimination par dissolution ou fusion des pièces insérées ou rapportées, sont ainsi exclus. D'autres caractéristiques et avantages de la présente 20 invention apparaîtront à la lecture de l'exemple non limitatif suivant, décrit en se référant au dessin annexé, sur lequel : la fig. 1 est une vue en plan d'un composant A; la fig. 2 est une coupe suivant A-A de la fig. 1 du composant A; 25 la fig. 3 est une coupe suivant B-B de la fig. 1 du composant A; la fig. 4 est une coupe d'un composant Bj la fig. 5 est une coupe d'un composant C. La fig. 1 est une vue en plan du composant A. Les ta-30 Ions des diaphragmes, des cadres d'étanchéité et des tôles de contact sont désignés par les références 1, 2, 3 et 4. Ces talons sont pourvus de perçages pour l'arrivée et l'évacuation des réactifs. Dans l'exemple représenté, le réactif dissous dans l'é-lectrolyte passe par les perçages pratiqués dans les talons 1, j5 35 et l'oxydant gazeux passe par les perçages pratiqués dans les talons 4 et 2. Les cadres d'étanchéité disposés entre les dia-phrames et les tôles de contact présentent également des perçages à l'intérieur des talons, perçages d'où, partent, en fonction de leur position dans le composant A, des canaux allant au volume ou 40 à la chambre d'électrolyte, ou au volume ou à la chambre de gaz. 70 32964 2061666 La fig. 2 représente une coupe suivant A-A et la fig. 3 .une coupe suivant B-B du composant A. On voit sur ces figures qu'entre les diaphragmes 5 et 6 se trouvent l'anode 7, la cathode 8, l'ossature de support 9, la grille d'espacement 10 et' la tôle de contact 11. Les cadres d'étanchéité 12a et 12b sont pourvus de perçages 13 et 14 d'où partent des canaux 15 et 16 débouchant respectivement dans la chambre de gaz et dans la chambre d'électrolyte. Les cadres d'étanchéité de la batterie d'éléments à combustible conforme à l'invention sont en un élastomère^ par exemple en polychlorobutadiène, résistant aux réactifs et à l'électrolyte. Ces cadres sont reliés de façon étanche au gaz et au liquide aux diaphragmes (lesquels sont avantageusement en papier amiante) et aux tôles de contact (lesquelles sont en nickel ou en acier résistant aux acides). Cette liaison peut être réalisée de façon connue par collage ou par vulcanisation. Pour fabriquer le composant A, on peut, par exemple procéder de la façon suivante ; dégraissage de la tôle de contact sur ses deux faces, au moyen d'un solvant! sablage du bord de la tôle à l'aido de corindon, immédiatement suivi de l'application de la couche de base pour la vulcanisation sur le bord, laquelle,, après séchage à l'air est cuite pendant 5 minutes à 70°C; application sur cette couche de base, sur les deux faces, de la solution de vulcanisation; après séchage, pose de la grille d'espacement 10 et de l'ossature de support 9, ainsi que de 1'électrode en forme de grille Js par soudage par points. De façon analogue, on dégraisse d'abord le "Néoprène" prévu pour les cadres d'étanchéité et on y applique, sur les deux faces, la solution de vulcanisation. Après séchage, on découpe les cadres dans le "Néoprène" ainsi traité. Dans cet exemple, les diaphragmes en papier amiante sont également enduits à l'aide de solution de vulcanisation, de préférence plusieurs fois. Après séchage, on procède à la vulcanisation avec les éléments précités et traités du composant A, à 150°C, sous une pression d'environ deux bars, pendant 20 minutes. Le composant B, représenté sur la fig. 4, consiste simplement en m diaphragme 20, une tôle de contact 21, une ossature de support 17, une anode 18 et un-cadre d'étanchéité 19. Ce composant constitue un demi-élément d'extrémité. Le deuxième demi-élément d'extrémité (composant C) 70 32964 4 2061666 est représenté sur la fig„ 5° H se compose du diaphragme 22, de la tôle de contact 23, de la grille d'espacement 24,• de la cathode 25 et du cadre d'étanchéité 26. Les électrodes disposées dans la batterie d'éléments 5 à combustible conforme à l'invention consistent avantageusement en vin matériau catalyseur pulvérulent ayant été, le cas échéant, concrété au moyen de liants. Pour les anodes on peut aussi utiliser avantageusement des électrodes en forme de grille, en métaux précieux, ou des grilles-supports en acier ou en nickel garnies 10 de métaux précieux. 70 32964 5 2061666 REVENDICATIONS 1 - Batterie d'éléments à combustible,, fonctionnant- avec un réactif, en particulier l'hydrazine, dissous dans 1'électrolyte, batterie caractérisée par le fait qu'elle est constituée de 5 composants A disposés les uns contre les autres, et de composants d'extrémité terminaux B et C, et est enrobée d'une résine de moulage, chaque composant A étant formé de deux diaphragmes entre lesquels se trouvent une ossature de support, une grille d'espacement, une tôle de contact, des cadres d'étanchéité et des électrodes de 10 polarités différentes, le composant B étant formé d'un diaphragme et d'une tôle de contact entre lesquels se trouvent une grille d'espacement, un cadre d'étanchéité et- une électrode, et le composant/étant formé d'un diaphragme et d'une tôle de contact entre lesquels se trouvent une grille d'espacement, un cadre d'étanchéi-15 té et une électrode ; que les cadres d'étanchéité, les diaphragmes et les tôles de contact comportent des talons et des perçages pour l'arrivée et l'évacuation des réactifs, et que les cadres d'étanchéité sont reliés solidement à la tôle de contact et au diaphragme du composant respectif„ 20 2 - Batterie selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les cadres d'étanchéité sont réalisés en un élastomère par exemple en polychlorobutadiène. 3 - Batterie selon les revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que la liaison des cadres d'étanchéité aux tôles 25 de contact et aux diaphragmes est effectuée par collage ou vulcanisation. 4 - Batterie selon les revendications 1, 2, 3 prises dans leur ensemble, caractérisée par le fait que les diaphragmes sont en amiante. 30 5 - Procédé de fabrication d'une batterie d'éléments à combustible suivant les revendications 1, 2, 3* 4, 5 prises dans leur ensemble, caractérisé par le fait qu'on empile d'abord des composants A et qu'on dépose aux extrémités de cette pile un composant B (pour l'une des extrémités) et un composant C (pour l'au-35 tre extrémité), qu'on comprime les composants ainsi empilés et qu'on les enrobe d'une résine de moulage.