Brevet FR2221822A1 — publié le 19741011

La présente invention concerne une membrane séparatrice pour pile à combustible. On connait des piles à combustible composées d'une pluralité d'electrodes, deux électrodes voisines étant baignées l'une par l'électrolyte et le carburant, l'autre par ledit électrolyte et le comburant une membrane séparatrice poreuse étant intercalée entre elles, de telle sorte que les échanges ioniques puissent être réalises. De telles membranes séparatrices sont généralement confectionnées en un matériau isolant et notamment en chlorure de polyvinyle, en nylon, en amiante ou autre matériau approprie. On constate que de telles membranes se détériorent à l'issue d'un laps de temps plus ou moins long, une telle détérioration résultant en particulier des contraintes mécaniques auxquelles elles se trouvent soumises, ainsi qu'à l'agres sivité plus ou moins marques de l'eloctrolyte et des réactifs alimentant la pile. Il en résulte une diminuation notable des performances de la pile et sa mise hors d'usages La présente invention permet de remédier à l'inconvénient majeur précédemment mentionné, et elle a pour objet une membrane séparatrice pour pile à combustible pratiquement inaltérable et permettant d'assurer au mieux les échanges ioniques au niveau des électrodes entre lesquelles elle se trouve intercalée. L'invention a donc pour objet une membrane séparatrice pour pile à combusti ble, disposée entre une première électrode baignée sur la face en regard de la membrane par une solution comportant l'électrolyte et le carburant, et une deuxième électrode baignée également sur la face en regard de la membrane par une solution comportant l'électrolyte et le comburant, caractérisée par le fait que ladite membrane séparatrice est confectionnée en au moins un matériau électroniquement conducteur et électrochimiquement inerte vis-à-vis desdites solutions simultanément et présentant en outre un taux de porosité, un diamètre moyen de pores ainsi qu'une épaisseur prédéterminés en fonction de la résistance ohmique du dit électrolyte. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit donnée à titre d'exemple purement illustratif mais nullement limitatif en référence à la figure annexée. C'est ainsi qu'on a représenté à la figure annexée deux électrodes gaufrées 1 et 2 faisant partie d'un ensemble compact d'électrodes disposées les unes contre les autres et constituant une pile du type filtre-presse. Les électrodes sont recouvertes sur leur faces en regard de couches catalytiques 3 et 4 respectivement, la couche 3 étant constituée par exemple de cobalt ou de cobalt et de tungstène, et la couche 4 étant formée d'argent. Par ailleurs l'électrode 1 est baignée par un mélange d'un électrolyte tel qu'une solution de potasse et d'hydrazine, tandis que l'électrode 2 est irriguée par une solution de potasse et d'eau oxygénée, de tels courant liquides étant sensiblement matérialisés par les floches F1 et F2 respectivement. Selon l'invention, les électrodes 1 et 2 sont séparées par une membrane 5 confectionnée en un métal mécaniquement résistant et chimiquement inerte viszàzvis de l'électrolyte, présentant une porosité de l'ordre de 40 %, ledit métal étant en outre peu ou pas électrochimiquement actif simultanément avec les solutions précédemment mentionnées de telle sorte que les échanges ioniques au sein des pores ne soient pas perturbés, tout en réduisant au minimum l'interdiffusion desdites solutions. Dans l'exemple décrit, on utilise une feuille de nickel dont le taux de porosité le diamètre des pores et l'épaisseur sont prédéterminés en fonction de la résistance ohmique de l'électrolyte notamment. Pour fixer les idées, on a utilisé dans une pile hydrazine-sau oxygènée une feuille de nickel d'épaisseur 320 microns, de porosité 40 %, le diamètre des pores étant en moyenne de 3 microns et la résistance de l'électrolyte de 6,5 mn/DM2. A l'issue d'un fonctionnement de 1000 heures de la pile le démontage de cette dernière à révélé que les feuilles de nickel étaient demeurées intactes. Une telle membrane peut etre obtenue par mise en oeuvre de diverses techniques telles que par exemple la métallurgie des poudres, par déport électrolytique, par réduction d'oxydes frittés ou autres. On notera que d'autres matériaux peuvent entre utilisés à la place du nickel en particulier l'acier inoxydable dans le cas de piles methanolair par exemple. Enfin. l'isolement électrique entre les électrodes I et 2 est assuré au moyen d'un tissu 6 à larges mailles chimiquement inerte vis-à-vis de l'électrolyte. Un tel isolement électrique peut également entre assuré en déposant un vernis isolant sur les surfaces d'une ou des électrodes en contact avec la membrane. Par exemple, un tel dépôt sera effectué sur les surfaces 7 de l'électrode 1. Bien entendu, un tel vernis doit être chimiquement inerte vis-à-vis des réactifs utilisés dans la pile, mécaniquement résistant et, en outre, il doit adhérer à ltélecw lectrode, que celle-ci soit confectionnée en métal ou en matière plastique rendue électroniquement conductrice. Un tel dépôt peut être réalisé en mettant en oeuvre notamment une méthode sérigraphique. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier on peut sans sortir du cadre de l'invention, apporter des modiw fications de détail, changer certaines dispositions, ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents. REVENDICATIONS 1/ Membrane séparatrice pour pile à combustible, disposée entre une première électrode baignée sur la face en regard de la membrane par une solution comportant l'électrolyte et le carburant, et une deuxième électrode baignée également sur la face en regard de la membrane par une solution comportant l'électrolyte et le comburant, caractérisée par le fait que ladite membrane séparatrice est confectionnée en au moins un matériau électroniquement conducteur et électrochimiquement inerte vis-à-vis desdites solutions simultanément et présentant en outre un taux de porosité, un diamètre moyen de pores ainsi qu'une épaisseur prédéterminés en fonction de la résistance ohmique dudit électrolyte. 2/ Membrane selon la revendication 1 caractérisée par le fait que ledit matériau présente un taux de porosité compris entre 20 et 60 %, un diamètre moyen des pores compris entre 0,3 et 10 microns et une épaisseur comprise entre 40 et 400 microns 3/ Membrane selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisée par le fait que ledit matériau comporte du nickel 4/ Membrane selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisée par le fait que ledit matériau comporte de l'acier inoxydable. 5/ Membrane selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisée par le fait qu'un tissu électriquement isolant et perméable est interposé entre ladite membrane et au moins une desdites électrodes. 6/ Membrane selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait qu'un vernis électriquement isolant est disposé sur les surfaces d'au moins une des électrodes, en contact avec ladite membrane. 7/ Pile à combustible comportant au moins une membrane selon l'une des revendications 1 à 6.