Brevet FR2225848A1 — publié le 19741108

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'électrode bipolaire pour pile à combustible. On sait que les électrodes bipolaires pour piles à combustible sont constituées par une plaque dont une des faces est en contact avec l'électrolyte et le carburant, tandis que l'autre face est baignée par ledit électrolyte et le comburant. Bien entendu chacune des faces est recouverte d'une couche catalytique spécifique visant à assurer le processus réactionnel. En général, de telles couches catalytiques# sont constituées de grains de catalyseur agglomérés ensemble au moyen d'un liant. Le dépit des couches catalytiques est généralement effectué par dépôt sur un support de suspensions de catalyseur et de liant dans un liquide approprié, dépôt suivi d'un séchage puis du frittage ou de la polymérisation du liant. On constate cependant que de telles techniques ne permettent pas d'assurer un bon contact électrique entre les grains de catalyseur d'une part, et entre lesdits grains et le support lui-meme d'autre part ce qui limite l'efficacité de telles electrodes. La présente invention permet de remedier aux inconvénients precedemment mentionnés, et elle se propose de réaliser des électrodes bipolaires dont la couche catalytique présente une excellente homogéneité et une composition rigoureusement prédéterminée en mettant en oeuvre un procédé par électrophorèse permettant d'assurer un excellent contact électrique entre les grains de catalyseur d'une part et entre lesdits grains et le support d'autre part, ledit procédé étant par ailleurs susceptible d'être transposé à un échelon industriel. L'invention concerne donc un procédé de fabrication d'électrode bipolaire pour pile à combustible dans lequel on dépose sur chacune des deux faces d'une plaque métallique une couche comportant au moins un catalyseur spécifique et un liant, procédé caractérisé par le fait qu'il comporte pour chacune des faces les étapes successives suivantes - on réalise une suspension comportant ledit catalyseur à raison de 30 à 50 gri litre, le liant à raison de 50 à 70 gr/litre et un colloïde protecteur à raison de 6 à 10 grilitre, - on introduit ladite suspension dans une cuve d'électrophorèse dans laquelle on a disposé ladite plaque métallique de telle sorte qu'une seule des deux faces soit au contact de la suspension, - on soumet la suspension à un champ électrique compris entre 10 et 200 v/cm maintenu 4 à 20 secondes sensiblement, - on effectue un frittage de la couche ainsi réalisée à une température comprise entre 320 et 4300C sous atmosphere neutre ou réductrice. Dzautres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit, donnée à titre d'exemple purement illustratif mais nullement limitatif, en référence au dessin annexé représentant une cuve d'électrophorèse pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. On réalise en premier lieu une solution aqueuse d'un eollolde protecteur tel que de la gélatine à 8 gril; dans cette solution, on ajoute 40 gr. de charbon actif en poudre et on soumet le bain à une agitation énergique, mécanique au moyen d'un vibromixeur, ou mieux au moyen d'ultrasons, et cela jusqu'à obtention d'une suspension stable et homogène. On introduit ensuite dans cette suspension 60 gr. d'une émulsion de polytétrafluoréthylène que l'on disperse par agitation ultrasonore. En se référant à la figure annexée, la suspension préparée comme indiquée ci-dessus est introduite dans une cuve d'électrophorèse 1 en plexiglass à l'intérieur de laquelle sont disposées deux plaques cannelées 2, 3 destinées après dépôt de couches catalytiques à constituer les électrodes. Les électrodes sont maintenues par un support métallique 4 agencé de telle sorte que la face interne des plaques ne soit pas en contact avec la suspension. Les dites électrodes sont de préférence confectionnées en argent ou en acier inoxydable argenté. Sur les parois latérales de la cuve 1 sont fixées deux contreélectrodes 5 et 6 présentant sensiblement une forme générale et des dimensions analogues à celles des plaques 2 et 3 et disposées en regard de celles-ci. Ces contre-électrodes sont connectées toutes deux à la borne négative d'un générateur (non représenté), tandis que lesdites plaques sont reliées à la borne positive du générateur. Le dépôt simultané du catalyseur, en l'occurrence le charbon actif, et du liant (le polytetrafluorethylène) est alors réalisé sur les faces externes des plaques 2 et 3 en contact avec la suspension en créant au sein de celle-ci un champ électrique de l'ordre de 100 v/cm. maintenu pendant 6 secondes environ. On a ainsi, dans le cas d'une électrode bipolaire destinée à une pile methanolfair, déposé la couche cathodique. Le dépôt de la couche anodique sur l'autre face des plaques 2 et 3 sera ensuite réalisé d'une manière similaire en remplissant la cuve 1 d'une suspension sensiblement analogue à la précédente, mais dans laquelle le charbon actif est remplacé par du charbon platiné. Bien entendu les plaques 2 et 3 seront disposées sur le support 4 de sorte que la face non recouverte soit en contact avec la nouvelle suspension et que le dépôt précédez ment réalisé en soit isole. On notera que dans un tel procédé on réalise sur les plaques un dépôt dont la composition est identique à celle de la suspension, ce qui évite toute prédétermination et aJustement aléatoire de la coinposîtion de ladite suspension. Par ailleurs, il est évident que le dept peut être effectué sur un grand nombre de plaques à la fois, d'oeil résulte qu' un tel processus peut être facilement industrialisé. Enfin, les couches ainsi déposées sont frittées à la manière connue, par chauffage à 4000C environ sous atmosphère neutre ou réductrice. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, qui n'a été donne qu a titre d'exemple. Et particulier, on peut sans sortir du cadre de l'invention apporter des modifications de détail, changer certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents. REVENDICATIONS l/ Procédé de fabrication d'électrode bipolaire pour pile à combustible dans lequel on dépose sur chacune des# deux faces d'une plaque metallique une couche comportant au moins un catalyseur spécifique et un liant, procédé caractérisé par le fait qu'il comporte pour chacune des faces les étapes successives suivantes :: - on réalise une suspension comportant ledit catalyseur à raison de 30 à 50 grj litre, le liant à raison de 50 à 70 grglitre et un colloide protecteur à raison de 6 à 10 grllitre, - on introduit ladite suspension dans une cuve d'électrophorèse dans laquelle on a disposé ladite plaque métallique de telle sorte qu'une seule des deux faces soit au contact de la suspension, - on soumet la suspension à un champ électrique compris entre 10 et 200 v/cm maintenu 4 à 20 secondes sensiblement, - on effectue un frittage de la couche ainsi réalisée à une température comprise entre 320 et 430pu sous atmosphère neutre ou réductrice. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit colloïde protecteur est constitué par de la gélatine. 3/ Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que ledit catalyseur est constitué par du charbon actif pour l'une des faces et par du charbon platiné pour l'autre face, ledit liant étant du polytétrafluoréthylène. 4/ Procédé selon l'une des revendications I à 3, caractérisé par le fait que dans ladite cuve d'électrophorèse, la plaque portée à un potentiel positif est disposée en vis-à-vis d'au moins une électrode portée à un potentiel négatif et présentant une forme générale ainsi que des dimensions sensiblement identiques à celles de la plaque. 5/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que ladite suspension est réalisée par agitation de préférence ultrasonore maintenue 10 à 20 minutes sensiblement. 6/ Electrode bipolaire réalisée par mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications I à 5. 7/ Pile à combustible comportant au moins- une électrode selon la revendication 6.