Brevet FR2309047A1 — publié le 19761119

La présente invention a pour objet une nouvelle structure de pile combus- tihle et plus particulièrement une nouvelle structure de pile n combustible du type filtre-presse. Les piles à combustible présentant une structure du type filtre-resse sont bien connues. On rappelle brièvement qu'une telle structure est formée d'un empilement répétitif d'une séquence élémentaire de composants en forme de plaques, savoir des électrodes, une cathode et une anode séparées l'une de 11 autre au moyen d'un séparateur ou diaphragme. -Avantageusement, lesdites électrodes peuvent être du type bipolaire, c'est à-dire que l'une des faces joue le rôle de cathode et est alimentée par le comhus tihle et l'électrolyte, tandis que l'autre face est la cathode, et se trouve irriguez par le comburant et l'électrolyte. De tels composante sont serrés les uns contre les autres, un tel ensemble constituant donc une pile du type filtre-presse. Par ailleurs, chacun de ces composants se présente sous forme d'un cadre de section carrée ou rectanrulaire réalisé en un matériau plastique, dans lequel est assujettie ou encastrée une partie centrale active, savoir un matériau cata lytique pour la cathode et l'anode et un matériau isolant pour le séparateur. Ces cadres sont percés à leur partie supérieure et inférieure d'ouvertures consti tuant, lorsqu'ils sont serrés les uns contre les autres, des conduits d'amenée des réactifs et d'évacuåtion des produits résultant du processus électrochimioue, ces ouvertures étant mises en communication avec la partie centrale active au moyen de microcanaux appropriés. La présente invention se propose de réaliser une nouvelle structure du type filtre-presse. L'invention a donc pour but une pile à combustible du type filtre-presse formée d'un assemblage de composants selon une séquence élémentaire comportant notamment une première électrode, un séparateur, une deuxième électrode, lesdits composants présentant des dimensions sensiblement étales entre elles et étant en forme de plaques minces formées chacune d'un cadre réalisé en un matériau élec- troniquement isolant enserrant une partie centrale, l'une des électrodes étant irriguée au moins sur l'une de ses faces car notamment un combustible tandis que l'autre électrode est irriguée au moins sur l'une de ses faces par notamment un comburant, pile caractérisée par le fait aue ledit sénarateur est formé lui-m?me de trois composants, savoir d'une part, de deux-diaphrammes dont la partie centrale est confectionne en une matière électroniquement isolante mais assurant les transferts ioniques et d'autre part d'un distributeur d'électrolyte intercalé entre lesdits deux diaphragmes, la partie centrale dudit distributeur d'Slectrolyte: étant confectionnée de prrférence en un matériau électroniguement conducteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, donnée n titre d'exemple purement illustratif mais nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels La figure I représente en vue éclatée un mode de réalisation d'une nouvelle structure de pile à combustible selon l'invention. La figure 2 représente une vue agrandie du distributeur d'électrolyte mis en oeuvre dans la nouvelle structure de pile n combustible selon l'invention. En référence n la figure 1, une nouvelle structure de pile n combustible, selon l'invention comporte un empilement ou assemblage répétitif d'une séquence élémentaire de composants, savoir successivement une première électrode hinolaire 1 (dont la partie visible est par exemple l'anode tandis nue la partie cachée est la cathode), un premier diashratme 2, un distributeur d'électrolvte 3, un deuxième diaphragme 2 et une deuxième électrode bipolaire I (dont la partie visible est également l'anode). De tels composants présentent des dimensions égales entre elles et sont en forme de plaques minces constituées chacune d'un cadre réalisé en'une matirre plastique enserrant une partie centrale. Ainsi les électrodes I sont formées d'un cadre 1A enserrant une partie centrale active 1B dont les deux faces sont recouvertes chacune d'un catalyseur spécifiaue, un catalyseur spécifique du côté anodique, et un catalyseur pour le côté cathodique. De même, les diaphragnes 2 sont formés d'un cadre 2A enserrant une partie centrale 2B électriquement isolante mais permettant les transferts ionioues, le distributeur d'électrolyte 3 comportant lui-même un cadre 3A enserrant une partie centrale 3B par exemple un déployé métallique. Les électrodes I comportent sur la partie supérieure du cadre lA un premier ensemble d'ouvertures 51 i 510 et un deuxième ensemble d'ouvertures 6î7 R 710 et un deuxième ensemble R il 84 d'ouvertures. Dans chaque premier ensemble, les ouvertures sont mises en communication avec la partie centrale au moyen de microcanaux tels que 30 comme il sera explicité par ailleurs. De plus des picots 21 assurent une repartition homogène des réactifs. On remarquera en outre que la partie centrale active l@ présente des cannelures en chevron de type connu 22, assurant une irrigation satisfaisante par les rrac- tifs. Les diaphragmes 2 comportent sur la partie supérieure du cadre 2A un premier ensemble d'ouvertures 91 n o et un deuxième ensemble d'ouvertures 101 I 104. ne 1 même, la partie inférieure dudit cadre comporte un premier ensemble II I n 1110 et un deuxième ensemble 121 a 124 d'ouvertures. Le distributeur d'électrolyte 3 (voir aussi en figure ') comporte sur la partie suprrieure du cadre 3A un premier ensemble d'ouvertures 131 13 et un deuxième ensemble d'ouverture 141 I 144. De même la partie inférieure dudit cadre comporte un premier ensemble 151 à 1510 et un deuxième ensemble 161 164 d'ouvertures. Par ailleurs, un tel composant est muni sur le rebord des parties supérieure et inférieure du cadre adjacent i la partie centrale 3B d'évidements 171 à 1710 et 181 à 1810 communiquant respectivement avec les ouvertures 141 à 144 et 161 à 16 au moyen de microcanaux tels que 20 ces évidements débouchant sur des picots 4 21. Enfin les cadres de ces composants sont munis d'alésages tels que 40 pouvant recevoir des tirants de serrage (non représentés). On voit donc que lorsque de tels composants sont serrés les uns contre. les autres de manière à former la structure filtre-presse, vingt huit canaux se trouvent de la sorte agencés par les ouvertures des divers composants, venant en regard les uns par rapport aux autres. En premier lieu les ouvertures (72, 112, 152) (74, 114, 154) (76, 116, 156) (78, 118, 158), (710, 1110, 1510) forment cinq canaux acheminant le combustible par exemple de l'hydrogène sur les faces cathodiques (donc non visibles) des élec- trndes 1 En deuxième lieu les ouvertures (71, 111, 151) (73, 113, 153) (75, 115, 1 (77, 117 > 157) (7q > 119, 159) forment cinq canaux acheminant le comburant par exemple, l'air sur les faces anodiques (donc visibles) des électrodes 1. En troisième lieu les ouvertures (81, 121, 161) (82, 122, 162) (83, 123, 163) (84 > 124 > 164) forment quatre canaux acheminant l'électrolyte par exemple, une solution de potasse sur les deux faces du distributeur 3. En quatrième lieu les ouvertures (51, 91, 131) (53, 93, 133) (55, 95, 135) (57, 97, 137) (59, 99, 139) forment cinq canaux évacuant vers l'extérieur le carburant consommé. En cinquième lieu les ouvertures (52, 92, 132) (54, 94, 134) (65, 96, 136) (58, 98, 138) (510, 910, 1310) forment cinq canaux évacuant vers l'extérieur le comburant épuisé. En sixième lieu les ouvertures (61, 101, 141) (62, 102, 142) (63, 103, 143) (64, 104, 144) forment quatre canaux d'évacuation de l'électrolvte. Bien entendu le nombre d'ouvertures dans chacun des composants ainsi nue leurs dimensions ne sont nullement fixées, mais au contraire de tels paramètres, peuvent varier selon tel ou tel cas particulier. Il est également de toute évidence que la structure dccrite ci-dessus titre d'exemple peut donner lieu n diverses variantes sans pour autant se départir de l'esprit de l'invention. Par exemple on peut aisément remplacer les électrodes bipolaires par l'électrode 1 de droite étant donc remplacée par une anode simple et l'électrode 1 de rauche par une cathode, cette dernière électrode @ étant suivie d'un collecteur métallique assurant la liaison avec une autre anode et ainsi de suite. Dans tous les cas, la nouvelle structure de pile selon l'invention nermet une excellente irrigation en électrolyte et assure l'obtention de caractéri stioues électriques élevées. En outre de tels composants sont très aispment obtenus par des techniques de calandrage et de moulage selon un prix de revient modique. Bien que le dispositif qui vient d'etre décrit paraisse le plus avantageux pour la mise en oeuvre de l'invention dans une situation technique parti culière, on comprendra que diverses modifications puissent lui être apportées sans sortir du cadre de l'invention, certains de ses éléments pouvant être remplacés par d'autres éléments suscentîbles d'y assurer la mêre fonction techniaue ou une foncti on technique eauivalente. REVENDICATIONS 1/ Pile à combustible du type filtre-presse formée d'un assemblage de composants selon une séquence élémentaire comportant notamment une première électrode, un séparateur, une deuxième électrode, lesdits composants présentant des di-ensinns sensiblement sales entre elles et tant en fcrne de nlacues rinces for-ges chacune d'un cadre réalisé en un matériau électroniquement isolant enserrant une partie centrale, l'une des électrodes étant rri@uée au -ens sur l'ure de ses faces rar notamment un combustible, tandis cue l'autre électrode est irriguée au nons sur l'une de ses faces nar notamment un comburant, pile caractérisée par le fait cue ledit séparateur est formé lui-même de trois corposants, savoir d'une art, de deux diaphragmes (2) dont la partie centrale ('?! est confectionnée en une matière électroniquement isolante mais assurant les transferts ioniques et d'autre part d'un distributeur d'électrolyte (3) intercalé entre lesdits deux diaphragmes, la partie centrale (3B) dudit distributeur d'électrolvte étant confectionne de préférence en un matériau électroniquement conducteur. 2/ Pile selon la revendication 1, caractérisée par le fait oue les cadres (1A, 2A, A) desdits composants (I , 2, 3) comportent chacun sur chacun de deux cotes opposés deux ensembles d'ouvertures, un premier (5i, 7i, 9i, 11i, 13i, 15i) et un deuxième ensemble (6i, i, loi, li, 14i, 16i) définissant lorsque lesdits compo- sants sont serres les uns contre les autres six zroupes de canaux, un renier groupe assurant l'acheminement du corbustible 3 l'une des électrodes, un deuxième groupe l'acheminement du comburant ç l'autre électrode, un troisième groupe l'ache- minement de l'électrolyte audit distributeur (3) un auatrième groupe l'évacuation du combustible consommé, un cinquième soupe l'évacuation du comburant nuis et un sixiène groupe l'évacuation de l'électrolvte. 3/ Pile selon la revendication 2, caractérisée par le fait que les ouvertures dudit premier ensemble définissent les canaux assurant l'acheminement du combustible et du comburant ainsi que l'évacuation du combustible consomme et du comburant épuisé, tandis que les ouvertures dudit deuxière ensemble définissent les caraux assurant l'acheminement et l'évacuation de l'électrolvt 4/ Pile selon l'une des revendications I 9 3, caractérisée par le rait nue lesdits canaux communiquent avec la partie centrale (1R, 2R, 3R) des composants qu'ils irriguent au moyen de microcanaux (3o? aménanés dans les cites des cadres. 5/ Pile selon la revendication 4, caractérisée nar le fait nue lesdits @s -icrocanaux des électrodes débouchent directement sur des icots (21) amépagés sur In tartie du cadre voisine de la partie centrale. ;/ Pile selon la revend cation , caractérisée n2r le fait ue les - croca@aux (20) du distributeur d'électrolvte (@) débouchent sur des @@c@ts (21) amé@agé sur la partie du cadre voisine de la partie centrale (@@) @ar @@@ter-édiaire d'évidements (1@i). 7' File selon l'une des revemdications précédentes, caractérisée par le fait que lesdites glectredes (1) sont du @@@ binalaire, lune des faces de ctacure d'elles @tant irriguée par nctamment le combustitle, tandis que l'actre face est irrisuée netarment sar le comhuant. 8 pile selon l'une des ravendicatiens 1 @ @, caractérisée par le fait que l'une des électrodes (1) est l'anode et se trouve irriquée par @@tement le combustible tandis que l'autre électriode (1) est la catbede et est alimentée par netam-, tent le @@@@@@@@@@@. 9 pile selon l'une des revendcations @ @ @ , caractérisée par le fait que ledit c@@bustible com@orte de l'bvdrosène, ledit combutant étant l'air, l'dlectrolvte une solutier alcaline.