Brevet FR2081067A1 — publié le 19711203

L'invention concerne la production d'hydrogène purifié, en particulier en vue de l'alimentation d'une électrode à combustible ce pile à combustible, notamment à électrolyte alcalin. Il arrive fréquemment que l'hydrogène utilisé pour alimenter les électrodes à combustible des piles à combustibles contiennent des impuretés et notamment du gaz carbonique. Lorsque la pile utilise un électrolyte alcalin, il s'ensuit une carbonatation de l'électrolyte, ce qui est, bien entendu, un inconvénient important. Cette carbonatation se produit également lorsque le fluide combustible est un hydrocarbure, par exemple le méthanol, le gaz carbonique étant contenu dans ledit fluide et/ou résultant de l'oxydation de ce fluide. En cas de carbonatation de l'électrolyte, il est nécessaire soit de le changer périodiquement, soit de le décarbonater périodiquement ou en continu. Dans le cas où le combustible est constitué par de l'hydrogène impur, il peut alors être préférable d'éliminer lesdites impuretés et en particulier le gaz carbonique préalablement à l'alimentation des électrodes. La présente invention a pour but un procédé permettant d'obtenir facilement et économiquement la production d'hydrogène pur à partir d'hydrogène impur Par ailleurs, et c'est là un autre avantage important du procédé, il permet également d'obtenir de l'hydrogène pur à partir des hydrocarbures. L'invention a pour objet un procédé de production d'hydrogène purifié, en particulier en vue de l'alimentation d'une électrode à combustiole de pile à combustible, notamment à électrolyte alcalin, à partir d'un fluide combustible choisi parmi l'hydrogène impur et les hydrocarbures, caractérisé par le fait que l'hydrogène purifié est produit par dégagement cathodique dans une cellule d'éilectrolyse, à électrolyte acide, et comportant une anode alimentée par ledit fluide combustible. Avantageusement, l'énergie électrique nécessaire au fonctionnement de la cellule d'électrolyse est fournie par la pile à combustible. Selon une autre caractéristique de l'invention, la cathode et l'anode de la cellule d'électrolyse sont identiques. L'invention a également pour objet un dispositif de production d'hydrogène purifié, destiné en particulier à l'alimentation d'une électrode à combustible d'une pile à combustible, notamment à électrolyte alcalin, comportant une cellule d'électrolyse, à électrolyte acide, dans laquelle l'anode et la cathode, qui sont respectivement alimentées en hydrogène impur ou en hydrocarbures et le siège d'un dégagement d'hydrogène pur, sont constituées par le même matériau et utilisent le même catalyseur. L'invention a enfin pour objet un dispositif pour la production d'énergie électrique comportant une pile à combustible, notamment à électrolyte alcalin, dans laquelle une électrode à combustible est alimentée en hydrogène purifié, et également une cellule d'électrolyse, à électrolyte acide, comprenant une anode alimentée par un fluide combustible choisi parmi l'hydrogène impur et les hydrocarbures et une cathode où se dégage lthydrogène purifié destiné à l'électrode à combustible de la pile à combustible. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre et du dessin annexé dans lequel la figure unique représente très schématiquement un dispositif de production d'hydrogène purifié conforme à l'invention. La référence 1 désigne la cellule d'électrolyse ; elle comporte une anode 2 et une cathode 3 reliées à un générateur de courant 5. Les électrodes sont plongées dans un électrolyte 4. Conformément à l'invention l'anode 2 est du type électrode à diffusion, et elle est alimentée soit par de l'hydrogène impur, soit par un hydrocarbure. La flèche 6 symbolise une telle alimentation de l'anode 2. L'électolyte 4 étant par exemple de l'acide sulfurique de normalite 3N, lorsqu'on fournit du courant aux électrodes 2 et 3, on assiste sur la cathode 3 à l'électrolyse de l'eau contenue dans l'électrolyte, ce qui se traduit en pratique par un dégagement d'hydrogène pur à la cathode 3 ; la flèche 7 symbolise un tel dégagement. Par ailleurs, le fluide combustible est consommé électrochimiquement à l'anode 2. Etant donné que la cellule d'électrolyse 1 utilise un électrolyte acide, une carbonatation de celui-ci n'est pas à craindre. On constate donc que dans la cellule I, dont l'anode est alimentée soit par de l'hydrogène impur, soit par un hydrocarbure, on obtient électrolytiquement, à la cathode de l'hydrogène pur. Celui-ci peut avantageusement être utilisé pour alimenter l'électrode à combustible d'une pile à combustible, notamment à électrolyte alcalin. Dans ce cas, conformément à l'invention, l'énergie électrique nécessaire au forrotionnement de la cellule 1 peut être fournie par ladite pile à combustible. Des calculs approximatifs montrent qu'ainsi environ un quart de la puissance totale fournie par la pile à combustible serait absorbé pour la production de l'hydrogène purifié dans la cellule à électrolyse. On peut, selon une caractéristique de l'invention, utiliser pour la cellule d'électrolyse 1 des électrodes 2 et 3 constituées par le même matériau et utilisant le même catalyseur. A titre illustratif et nullement limitatif, ces électrodes peuvent réalisées par assemblage et/ou solidarisation de particules conductrices. par exemple en charbon, supportant un matériau catalytiquement actif à base de tungstène. Ces électrodes peuvent être semblables à celles décrites dans le brevet français 1 585 070 déposé le 26 Juin 1968 au nom ce la Demanderesse et ayant pour titre "ELECTRODE POUR PILE A COMBUSTIBLE FONCTIONNANT EN MILIEU ACIDE". Elles peuvent être également réalisées selon le procédé décrit dans la demande de brevet fr-ançais déposée le 2 mars 1970 au nom de la Demanderesse et ayant pour titre "PERFECTIONNEMENTS A LA FABRICArlON DES ELECTRODES POUR PILES A COMBUSTIBLE FONCTIONNANT EN MILIEU ACIDE. On doit noter que l'anode de la cellule d'électrolyse fonctionne d'une manière tout à fait analogue à l'électrode à combustible d'une pile à combustible à électrolyte acide Blen entendu invention n'est pas limitée aux modes d'exécution décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples. En particulier, on peut sans sortir du cadre de l'invention apporter ces modifications de détail, changer certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents. ~ REvENDICATIONS II -Procédé de production oRhydro~ne purifié en particulier en vue de l'alimentation d'une électrode à combustible de pile à combustible notamment à électrolyte alcalin, à partir d'un fluide combustible- choisi parmi l'hydrogène impur et les hydrocarbures, caractérisé par le fait que l'hydrogène purifié est produit par dégagement cathodique dans une cellule d'électrolyse. à électrolyte acide, et comportant une anode alimentée par ledit fluide combustible. 2/ - Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'énergie électrique nécessaire au fonctionnement de la cellule d'électrolyse est fournie par la pile à combustible. 3/ - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'électrolyte de la cellule à électrolyse est de l'acide sulfurique, de préférence 3N. 4/ - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la cathode et l'anode de la cellule d'électroiyse sont constituées par le même matériau et utilisent le même catalyseur. 5/ - Prccédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les électrodes de la cellule d'électrolyse sont réalisées par assemblage et/ou solidarisation de particules conductrices, par exemple en charbon, supportant un matériau catalytiquement actif à base de tungstène. 5/ Dispositif pour la production d'hydrogène purifié, destiné en particulier à l'alimentation d'une électrode à combustible d'une pile à combustible notamment à électrolyte alcalin, caractérisé par le fait ququ'il comprend une cellule d'électro à électrolyte acide dont l'anode et la cathode qui sont respectivement alimenté an hydrogène impur ou en hydrocarbures et le siège d'un dégagement d'hydrogène pur, sont constituées par le même matériau et utilisent le même catalyseur. 7/ - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les électrodes sont réalisées par assemblage et/ou solidarisation de particules conductrices, par exemple en charbon, supportant un matérieu catalytiquement actif à base de tungstène. 8/ - Oispositif pour la production d'énergie électrique comportant une pile a combustible, notamment à électrolyte alcalin, dans laquelle une électrode à com zustible est alImentée en ilydrogènE purifié caractérisé par le fait qu'il comporte également une cellule ò'électrGlyse, à électrolyte acide, comprenant une anone alimentée par un fluide combustible choisi parmi l'hydrogène impur et les hydrocarbures et une cathode où se dégage l'hydrogène purifié destiné à l'électrode à combustible de la pile à combustible. / - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'énergie électrique nécessaire au fonctionnement de la cellule d'électrolyse est fournie par a pile à combustible. 10/ - Dispositif selon une des revendications 8 et 9, caractérisé par le fait que les électrodes de la cellule d'électrolyse sont constituées par le même uaee- riau et utilisent le même catalyseur. 11/ - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait que les électrodes de la cellule d'électrolyse sont réalisées par assemblage et/ou solidarisation de particules conductrices, par exemple en charbon, supportant un matériau catalytiquement actif à base de tungstène.