Brevet FR2125159A1 — publié le 19720929

La présente invention concerne un dispositif d'amenée ou d'évacuation d'électrolyte chargé de réactif le long d'un bord d'une électrode mince non poreuse de pile à combustible, comprenant des micro-canaux tracés dans le cadre isolant de l'électrode, reliant au bord de celle-ci des ouvertures percées dans le cadre, et formant par leur superposition avec des ouvertures correspondantes des cadres de membranes et d'électrodes adjacentes des canalisations d'amenée ou d'évacuation d' électrolyte. On a déjà proposé dans le brevet français H° 1564864 du 12 mars 1968 de la demanderesse et dans sa demande de brevet N° PV 183127 du 31 décembre f 1968 pour : "Assemblage compacts de piles à combustible^', des dispositifs d'amenée et d'évacuation d'électrolyte comprenant des micro-canaux tracés dans le cadre isolant de l'électrode, chaque ouverture de ce cadre étant reliée au ~ bord de l'électrode par un micro-canal unique ou par plusieurs micrîrcanaux parallèles débouchant perpendiculairement au bord de l'électrode. Cette disposition présente l'inconvénient que l'irrigation en électrolyte de l'électrode n'est pas uniforme, ce qui nuit à son bon fonctionnement. En outre, en raison des courants de shuntage inévitables des électrodes par 1'électrolyte, il se produit une électrolyse des ions métalliques de 1'électrolyte, qui viennent se déposer sur la face négative des électrodes, sur son bord. Ces dépôts métalliques tendent à progresser dans les microcanaux et à les boucher. De plus, les zones de l'électrode au voisinage des microcanaux ont tendance à s'oxyder sur la face positive, ce qui peut entraîner des perforations. Le dispositif de l'invention a pour but de remédier aux inconvénients ci-dessus, et d'assurer une irrigation sensiblement uniforme en électrolyte de toute la surface de l'électrode dès ses bords d'introduction et dç sortie de 1'électrolyte, d'éviter les dépôts métalliques dans les microcanaux et de rédiire considérablement l'oxydation de l'électrode au voisinage de ses bords, en lui assurant ainsi une plus longue durée de bon fonctionnement. Le dispositif d'amenée ou d'évacuation d'électrolyte selon l'invention est caractérisé en ce que les micro-canaux d'amenée ou d'évacuation divergent de l'ouverture du cadre vers le bord de l'électrode. Il comporte en outre de préférence au moins l'une des caractéristiques suivantes : - les débouchés des micro-canaux sur le bord de l'électrode sont équidis-tants d'une extrémité de ce bord à l'autre. - le cadre isolant de l'électrode comporte une bande munie de saillies régulièrement réparties, et disposées entre le bord de l'électrode et les débouchés des micro-canaux. - les saillies de ladite bande sont disposées en quinconce. - les saillies de ladite bande sont disposées sur une surface de base pla 1 05117 2 2125159 ne, au niveau du fond des microcanaux. - des saillies de ladite bande sont disposées dans le prolongement de tous les microcanaux. - lesdites saillies sont cylindriques. - l'électrode comporte un rebord plan d'insertion dans le cadrr- du côté des ouvertures d'amenée ou d'évacuation d'électrolyte disposé au-dessous et de largeur au plus égale à celle de ladite bande. - les microcanaux reliés à une ouverture non adjacente à un bord latéral aont symétriques par rapport à l'axe de symétrie de l'ouverture perpendiculaire au bord de l'électrode. - les sections droites des micro-canaux sont proportionnelles à leur longueur. 11 est décrit ci-après à titre d'exemple et en référence au dessin annexé, un dispositif d'amenée et d'évacuation d'électrolyte selon l'invention sur une face d'une électrode de pile à combustible. La figure 1 représente l'ensemble de l'électrode fixée dans son cadre isolant. La figure 2 représente à échelle agrandie un fragaentv.de la bande de saillies ou picots entre les débouchés des micro-canaux et le bord de l'électrode proprement dite. Dans la figure 1, l'électrode 1 est noyée par surmoulage dans un cadre isolant 2 en matière plastique. Ce cadre comporte des ouvertures rectangulaires 3, 4, 5, 6, etc .......sur l'un de ses bords, et 13, 14, 15, 16, etc sur le bord opposé. Ces ouvertures forment par superposition avec des ouvertures correspondantes de cadres isolants de membranes semi-perméables et d'électrodes adjacentes des canalisations d'alimentation et d'évacuation d'élec-tBlyte chargé de réactif. Dans le cas représenté, les ouvertures 4, 6, etc... servent à l'alimentation en électrolyte chargé d'un réactif (oxydant ou réducteur), le long de la face visible de l'électrode, et les ouvertures 13, 15etc, à l'évacuation de 1'électrolyte chargé des produits de décomposition du réactif. Les ouvertures 3, 5, etc servent à l'alimentation en électrolyte chargé d'un autre réactif le loqgde la face opposée de l'électrode, et les ouvertures 14, 16, etc à l'évacuation de 1'électrolyte ayant circulé le long de cette face opposée, par des micro-canaux non représentés. L'ouverture d'alimentation 4 est reliée au bord de l'électrode par des micro-canaux 20, divergeant en éventail, l'ouverture 6 par des micro-canaux 21, etc Ces micro-canaux débouchent à intervalles égaux sur une bande 40 de picots plastiques en quinconce, destinée à empêcher toute déformation de la membrane semi-perméable adjacente. Sur le c&té opposé du cadre plastique, l'ouverture d'évacuation 13 est 71 05117 3 2125159 reliée au bord de l'électrode par des micro-canaux 30, divergeant également en éventail, l'ouverture 15 par des micro-canaux 31, etc On notera que plus nombreux que les micro-canaux / les ouvertures d'évacuation comportent des micro-canaux/d'nne ouverture d'alimentation. Ceci correspond au cas où le réactif est introduit à l'état dissous, et donne un ou des produits de décomposition gazeux (par exemple azote dans le cas d'un réactif réducteur, hydrazine ou ammoniac), de sorte que l'on doit évacuer une émulsion de li.q*ide et de gaz, qui nécessite des sections de passage plus importantes. Les micro-canaux 30, 31, etc débouchent à intervalles égaux sur une bande 41 de picots plastiques en quinconce, destinée également à empêcher une déformation de la membrane semi-perméable adjacente. L'électrode 1 est insérée dans le cadre par des rebords plans disposés au-dessous des bandes 40 et 41 et de largeur égale à la leur, plus étroits que ses rebords d'insertion dans les côtés latéraux. L'électrode elle-même est constituée par une feuille métallique gaufrée, recouverte sur chacune de ses faces d'un vernis contenant le catalyseur approprié, les reliefs étant répartis en bandes de saillies parallèles 42, 43, 44, etc inclinées par exemple de 23° par rapport aux bords de l'électrode, et formant une structure en chevrons. Dans la figure 2, l'ouverture 15 d'évacuation d'électrolyte est reliée par des conduits 30k et 30 G disposés en éventail, symétriquement par rapport à son axe de symétrie perpendiculaire au bord de l'électrode, à la bande 41 de picots plastiques. Les sections droites des micro-canaux 30 A et 30 G, ou bien leurs largeurs à profondeur constante, varient sensiblement proportionnellement à leurs longueurs, les micro-canaux extrêmes 30 A et 30 G étant les plus larges et le micro-canal central 30 D le plus étroit, de façon à y assurer une répartition uniforme du débit d'électrolyte. Les picots plastiques 45, 46, etc de la bande 41 de régularisation de l'écoulement sont cylindriques et disposés en quinconce, certains d'entre eux étant dans le prolongement des microcanaux, de façon à briser tout écoulement préférentiel de 1'électrolyte dans l'axe d'un microcanal. Bien que les dispositions qui viennent d'être décrites soient préférable^ on comprendra que diverses modifications peuvent être apportées aux dispositifs d'amenée ou dévacuation d'électrolyte qui viennent d'être décrits sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, le profil de l'électrode peut être différent. Les ouvertures d'alimentation peuvent avoir une forme différente, par exemple circulaire, ovale, etc...... Les picots des bandes de régularisation de l'écoulement peuvent avoir une autre forme, par exemple prismatique à base carrée. On peut éventuellement utiliser pour l'évacuation de l'electrolyte un dispositif connu, celui d'amenée seulement étant conforme à l'invention. 71 05117 4 2125159 Revendications 1.- Dispositif d'amenée ou d'évacuation d'électrolyte chargé de réactif le long d'un bord d'une électrode mince non poreuse de pile à combustible, comprenant des micro-canaux tracés dans le cadre isolant de l'électrode, reliact au bord de celle-ci des ouvertures percées dans ce cadre, et formant par leur 5 superposition avec des ouvertures correspondantes des cadres d'électrodes et de membranes adjacentes des canalisations d'amenée ou d'évacuation d'électrolyte, caractérisé en ce que les canaux divergent de l'ouverture vers le bord de l'électrode. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les 10 débouchés des micro-canaux sur le bord de l'électrode sont équidistants d'une extrémité de ce bord à l'autre. 3.- Dispositif selon les revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le cadre isolant de l'électrode comporte une bande munie de saillies régulièreaent réparties et disposées entre le bord de l'électrode et les débouchés des micr»- 15 canaux. 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les saillies de ladite bande sont disposées en quinconce. 5.- Dispositif selon les revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que les saillies de ladite bande sont disposées sur une surface de base plane, au ni- 20 veau du fond des microcanaux. 6.- Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que des saillies de ladite bande sont disposées dans le prolongement de tous les microcanaux. 7.- Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce 25 que lesdites saillies sont cylindriques. 8.- Dispositif selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que l'électrode comporte un rebord plan d'insertion dans le cadre du cdté des ouvertures d'amenée ou d'évacuation d'électrolyte disposé au-dessous et de largeur au plus égale à celle de ladite bande. - 9.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les micro-canaux reliés à une ouverture non adjacente à un bord latéral sont symétriques par rapport à l'axe de symétrie de l'ouverture perpendiculaire au bord de l'électrode. 10.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les sections droites des micro-canaux sont proportionnelles à leur 35 longueur.