Brevet FR2282171A1 — publié le 19760312

La présente invention concerne une nouvelle structure de générateur électrochimique à électrolyte solide. Les générateurs à électrolyte solide sont bien connus et présentent à l'heu- re actuelle des perspectives encourageantes en vue de diverses applications et nota sent en tant que source d'énergie pour véhicules non polluants. On rappelle succîntement que de tels générateurs comportent un réservoir ou chambre cathodique ainsi qu'un réservoir ou chaibre anodique recevant respectivement les réactifs cathodique et anodique, ces chambres étant séparées par un électrolyte solide porté à une teipérature telle que sa conductibilité permette la migration des ions et le déroulement du processus électrochimique. Parmi les électrolytes solides utilisés, on peut mentionner la zircone, l'aluiine béta sodique. Citons parmi de tels générateurs, les générateurs sodiumJsoufre, les générateurs ou piles hydrogène (hydrocarbure) loxygène (air), les générateurs therno- électriques au sodiums. En ce qui concerne l'électrolyte lui-a^cpa, celui-ci se présente généralement sous forme de tubes ou de plaques comportant des électrodes aptes à collecter le courant engendré; Ces électrodes sont constituées la plupart du temps par des couches minces réalisées en des matériaux électroniquement conducteurs et dispo sées sur les surfaces intérieure et extérieure des tubes ou sur les faces prin- cipales des plaques. En conséquence, chaque électrode constitue avec l'électrolyte solide et l'électrode en vis-à-vis, un élément de générateur. Il est donc nécessaire de connecter électriquement en série de tels éléments afin de réaliser un module ou un générateur présentant des caractéristiques électriques prédéterminées. Pour celas et dans le cas des tubes, on a proposé en particulier de metalli- sèr les surfaces intérieures et extérieures desdits tubes et de connecter la face extérieure d'un tube avac la face intérieure d'un tube voisin par l'intermédiaire d'un revêtement conducteur déposé sur les extrémités du tube. Les tubes peuvent être soit directement empilés bout à bout, soit empilés de la même manière puis solidarisés par compression et frittage. Dans le cas des plaques, on a proposé de réaliser la connexion électrique entre surfaces conductrices au moyen de pièces aptes à relier électriquement l'électrode d'une plaque à l'électrode de la plaque voisine. Cependant, de tels procédés se révèlent d'une mise en oeuvre délicate, d'un prix de revient relativement élevé, et, de plus, difficilement transposables à un échelon industriel. La présente invention se propose de remédier à n tel inconvénient, et elle a pour objet une structure de générateur électrochilique formée d'un grand notre d'elements, une telle structure étant d'une réalisation très aisée et selon un prix de revient modique. L'invention a donc pour but un générateur électrochimique du type comportant une chambre cathodique ainsi qu'une chambre anodique séparées par une plaque confectionnée en un électrolyte solide, cette plaque comportant sur chacune de ses faces une pluralité d'électrodes, caractérisé par le fait que lesdites électrodes sont disposées en rangées susjacentes, les électrodes de l'une desdites faces, dite première face, présentant des surfaces sensiblement identiques entre elles tandis que les électrodes de l'autre face, dite deuxième face, présentent une surface sensiblement supérieure, de sorte que l'une des extrémités de chacune d'entre elles vienne par l'intermédiaire d'une partie arrondie en position sous-jacente d'une électrode de ladite première face, chacune des électrodes de ladite deuxième face comportant à son autre extrémité un évidement entourant la partie arrondie de l'électrode précédente, des moyens assurant à travers ladite plaque la liaison entre une électrode de ladite première face et la partie arrondie d'une électrode de ladite deuxième face voisine de l'électrode issiediatement sousjacente. L'invention a également pour objet un générateur électrochimique du type comportant une chambre cathodique ainsi qu'une chambre anodique séparées par une plaque confectionnée en un électrolyte solide, cette plaque comportant sur chacune de ses faces, une pluralité d'électrodes, caractérisé par le fait que lesdites électrodes sont disposées en rangées susjacentes, les électrodes de l'une desdites faces, dite première face, présentant des surfaces sensiblement identic ques entre elles tandis que les électrodes de l'autre face, dite deuxième face, présentent une surface sensiblement égale à celle des précédentes, l'une des extrémités de chacune des électrodes de ladite deuxième face venant par l'intermédiaire d'une patte à extrémité arrondie en position sous-jacente d'une électrode de ladite première face, chacune des électrodes de ladite deuxième face comportant à son autre extrémité un évidement entourant la patte à extrémité arrondie de l'électrode précédente, des moyens assurant à travers ladite plaque la liaison entre une électrode de ladite première face et la patte à extrémité arrondie d'une électrode de ladite deuxième face voisine de l'électrode ininédiatement sous-jacente. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit, donnée à titre d'exemple purement illustratif mais nullement limitatif en référence aux dessins annexés, dans lesquels La figure ; représente un premier type de générateur électrochimique selon l'nvention. La figure 2 représente un deuxième type de générateur électrochimique selon l'invention. La figure 3 représente en vue de dessus la structure de l'électrolyte selon un premier mode de réalisation conformément à l'invention. La figure 4 représente une coupe selon l'axe AÂ de la figure 3. La figure 5 représente une coupe selon l'axe BB de la figure 3. La figure 6 représente en vue de dessus la structure de l'électrolyte selon un deuxième mode de réalisation conformément à l'invention. La figure 7 représente une coupe selon l'axe li de la figure 6. La figure 8 représente une coupe selon l'axe BB de la figure 6. La figure 1 représente schématiquement un premier type de générateur compor. tant une chambre cathodique I et une chambre anodique 2 séparées par une plaque 3 d'électrolyte Solide confectionnée en zircone. La chambre cathodique I est alimentée en air ou en oxygène, tandis que la chambre anodique 2 est alimentée en hydrogène ou en hydrocarbure. Ladite plaque 3 comporte sur ses deux faces des cathodes 4 et des anodes 5 dont la structure et les liaisons rituelles seront explicitées dans ce qui suit. La figure 2 représente schématiquement un deuxième type de générateur com- portant une chambre cathodique 10 et - chambre anodique 11 séparées par une plaque 12 d'électrolyte solide confectionnée en alumine béta. La chaibre 1 1 renferme du sodium liquide et du sodi- à l'état de vapeur et la chambre 10 uniquement du sodium à l'état de sapeur, ce dernier pouvant être condensé par un cozidenseur 13 puis reflué dans la chambre il par l'intermédiaire de la canalisation 14.Ladite plaque 12 cl porte sur ses deux faces des cathodes 15 et des anodes 16 dont la structure et les liaisons mutuelles seront explicitées dans ce qui suit. Les figures 3, 4 > et 5 représentent selon un premier mode de réalisation indifféremment soit la structure de la plaque 3 et les liaisons des électrodes 4 et 5 aises en oeuvre dans le générateur décrit figure 1, soit la structure de a plaque 12 et les liaisons des électrodes 15 et 16 aises en oeuvre dans le générateur décrit figure\ 2. On va donc par exemple décrire la plaque d'électrolyte 3. En conséquence, l'une des faces de la plaque 3 comporte les cathodes 4 disposées en rangées. Ces cathodes 4 présentent à titre nullement limitatif une forme carrée et sont situées à égale distance les unes des autres. L'autre face de la plaque 3 comporte les anodes 5 disposées également en rangées. Ces anodes 5 présentent une superficie supérieure à celle des cathodes 4 de sorte que l'une des extrémités de chacune d'entre elles vienne par l'inter- mediaire d'une partie arrondie 17 en position sous-jacente d'une cathode 4. Comme représenté, l'anode 5 voisine (ainsi que la précédente) présente, d'une part, à l'une de ses extrémités un évidement 18 en regard de ladite partie 17 sensiblement de même forme, et, d'autre part, à son autre extrémité, également une partie arrondie 17 venant en position sous-jacente d'une autre cathode 4 et ainsi de suite. Par ailleurs, on a représenté en 19 des moyens assurant la liaison entre une anode 5 et la cathode 4 voisine de ltelectrode sus-jacente. On notera de plus que les anodes telles que 5i > 52, 53, 54, 55 > 6 disposées aux extrémités de chaque rangée présentent, (par exemple l'anode 5.) d'une part un évidement tel que 185 sur la face latérale en regard de la partie arrondie de l'anode precedente, et, d'autre part, la partie arrondie 175 venant en position sous-jacente de la cathode voisine de l'autre rangée, ladite partie 175 venant dans l'évidement latéral 186de l'anode 56de l'extrémité de la rangée suivante De la sorte, on a réalisé une pluralité d'éléments relies électriquement en série, la force électrosotrice étant recueillie aux bornes des connexions extra 20, 21. Les figures 6, 7 et 8 représentent selon un deuxième mode de réalisation, indifféremment la structure de la plaque 3 ou de la plaque 12 comrie dans le cas précédent. On va donc décrire, par extyle, la plaque d'électrolyte 12 mise en oeuvre dans le générateur représenté figure 2. la consequence, l'une des faces de la plaque 12 comporte les cathodes 15 disposées en rangées, à égale distance les unes des autres, et présentant à titre allument limitatif une forme carrée. L'autre face de la plaque 12 comporte les anodes 16 disposées également en rangées. Ces anodes 16 sout3acentes aux cathodes présentent une superficie sensiblement identique à ees dernières. Cependant, chacune des Os comporte a l'une de ses extrémités une patte å extrémité arrondie 25 venant en position sous-jacente d'une cathode 15. Cors represente, l'anode 16 voisine (ainsi que la précédente) présente d'une part à l'une de ses extrémités un évidement 26 en regard de ladite patte 25 et sensiblement de même for e, et, d'autre part, à son autre estremite, également une patte 25 venant en position sous-jacente d'une autre cathode 15 et ainsi de suite. Par ailleurs, on a représenté en 27 des moyens assurant la liaison entre une anode 16 et la cathode 15 voisine de l'électrode sus-jacente. On noters de plus que les anodes telles que 161, 162 ... ... 165, 166 disposées aux extrémités de de chaque rangée présentent (par exemple l'anode 165) d'une part un évidement tel que 265 sur la face latérale en regard de la patte de l'anode précédente et, d'autre part, la patte 255 venant en position sous jacente de la cathode voisine de l'autre rangée, ladite patte 255 venant dans l'évidement latéral 266 de l'anode 166 de l'extréaité de la rangée suivante. De la sorte, on a réalisé une pluralité d'éléments reliés électriquement en série, la force électromotrice étant recueillie aux bornes des connexions extrêmes 28, 29. En ce qui concerne maintenant les moyens tels que 19 et 27 assurant la liaison entre une anode et la cathode nonosusjacente, ceuxci sont constitués soit par un rivet soit par une brasure cerasiquevetal. Dans le cas du générateur décrit figure 1, les rivets ou la brasure sont confectionnés par exemple en argent, en palladici ou en titane. Dans le cas du générateur décrit figure 2, les rivets sont confectionnés par exemple en molybdène et la brasure est du type "nicrobraz 125 ou 50", vendue par la Société Wall Colnonoy. On notera également que les plaques d'électrolyte 3, 12 peuvent etre réalisées par toutes techniques céramiques classiques, savoir par compression par coulage en barbotine, par la technique du "Doctor Blade" et autres. De meme, le dépôt des électrodes en couches aines sur lesdites plaques est avantageusement réalisé par les procédés bien connus de sérigraphie ou d'évaporation sous vide. Dans le cas du générateur illustré figure 1, les anodes sont formées de nickel ou de cobalt, tandis que les cathodes sont constituées d'argent palladium stabilisé ou d'oxyde d'indium dopé à l'etain, ou de cobaltite. En ce qui concerne le générateur décrit figure 2, les électrodes peuvent être confectionnées en molybdène, en fer, en nickel ou en acier inoxydable. L'invention permet donc de réaliser des générateurs formés de nombreux éléments connectés en série et en conséquence de force électromotrice élevée, et cela à un échelon industriel et selon un prix de revient modique. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation és au' décrits et représentes qui n ont été donnes qu à titre d'exemple. En 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 1/ Générateur électrochimique du type comportant une chambre cathodique ainsi qu'une chambre anodique séparées par une plaque confectionnée en un électrolyte solide, cette plaque comportant sur chacune de ses faces une pluralité d'électrode des, caractérisé par le fait que lesdites électrodes (4, 5) sont disposées en rangées susjacentes, les électrodes (4) de l'une desdites faces, dite première face, présentant des surfaces sensiblement identiques entre elles tandis que les électrodes (5) de l'autre face dite deuxième face, présentent une surface sensiblement supérieure, de sorte que l'une des extrémités de chacune d'entre elles vienne par l'intermédiaire d'une partie arrondie (17) en position sous-jacente d'une électrode (4) de ladite première face, chacune des électrodes (5) de ladite deuxième face comportant à son autre extrémité un évidement (18) entourant la partie arrondie (17) de l'électrode précédente, des moyens (19) assurant à travers ladite plaque (3) la liaison entre une électrode (4) de ladite première face et la partie arrondie (17) d'une électrode (5) de ladite deuxième face voisine de l'électrode immédiatement sous-jacente. 2/ Générateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les élec trodes de ladite deuxième face disposées aux extrémités de chaque rangée (51 !02... 56e--) présentent d'une part sur une des faces latérales un évidement (185) entourant la partie arrondie (17) de l'électrode precédente, et, d'autre part, une partie arrondie (175) venant en position sous-jacente de l'électrode voisine de la rangée suivante de ladite première face, ladite partie arrondie (175) venant par ailleurs dans un évidement latéral (186) de la première électrode de la rangée suivante de ladite deuxième face. 3/ Générateur électrochimique du type comportant une chambre cathodique ainsi qu'une chambre anodique séparées par une plaque confectionnée en un électrolyte solide, cette plaque comportant sur chacune de ses faces une pluralité d'élec- trodes, caractérisé par le fait que lesdites électrodes (15, 16) sont disposées en rangées sustacentes, les électrodes (15) de l'une desdites faces, dite première face, présentant des surfaces sensiblement identiques entre elles tandis que les électrodes (16) de l'autre face dite deuxième face présentent une surface sensiblement égale à celle des précédentes, l'une des extrémités de chacune des électrodes (16) de ladite deuxième face venant par l'interme- diaire d'une patte à extrémité arrondie (25) en position sous-jacente d'une électrode (15) de ladite première face, chacune des électrodes (16) de ladite deuxième face comportant à son autre extrémité un évidement (26) entourant la patte à extrémité arrondie (25) de l'électrode ptécédente, des moyens (27) assurant à travers ladite plaque (12) la liaison entre une électrode (15) de ladite première face et la- patte à extrémité arrondie (25) d'une électrode (16) de ladite deuxième face voisine de l'électrode immédiatement sous-jacente. 4/ Générateur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les électroces de ladite deuxième face disposées aux extrémités de chaque rangée (161; 162... 166) présentent d'une part sur une des faces latérales un évident (265) entourant la patte à extrémité arrondie (15) de I'électrode précédente, et, d'autre part, une patte à extrémité arrondie (255) venant en position sousjacente de l'électrode voisine (15) de la rangée suivante de ladite première face, ladite patte a extrémité arrondie (255) venant par ailleurs dans un évidement latéral (266) de la première électrode (166) de la rangée suivante de ladite deuxième face. 5/ Générateur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que lesdits vs (19, 27) assurant à travers ladite plaque (3, 12) la li entre une électrode (4, 15) de ladite prenenière face et l'électrode (5, 15) de ladite deuxième faca voisine de l'électrode immédiatement sous-jacente sont constitués par des rivets. 6/ Génêrateer selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que lesdits aooens assurant å travers ladite plaque (3, 12) la liaison entre ume électrode (4, 15) de ladite première face et l'électrode (15, 16) de ladite deuxième face voisine de l'électrode immédiatement sous-jacente sont constitmés par des brasures céramique-métal. 7/ Générateur selon l'une des revendications 1 a 6, caractérisé par le fait que ladite chambre cathodique (1) est alimautée en un gaz renfermant de l'oxygène tandis que ladite chambre anodique (2) est alimentée en un gaz renfermant de l'hydrogène, ledit électrolyte solide étant la zircope. 8/ Générateur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que ladite chambre cathodique (10) renferme un métal en phase vapeur, tandis que ladite chambre anodique (11) contient ledit métal en phase liquide, et en phase vapeur, ledit électrolyte solide étant l'alumine béta. 9/ Gnérateur selon la revendication 8, caractérisé par le fait que ledit métal est le soit.