Brevet FR2432774A1 — publié le 19800229

La présente invention concerne les électrodes pour pile à combustible et plus particulièrement des électrodes creuses. L'utilisation d'électrodes selon l'invention facilite la réalisation de blocs de piles d combustible et élimine de façon pratiquement totale les problèmes d'étenchéité entre les compartiments adjacents. L'invention pourra être bien comprise et tous ses avantages epparaitront à la lecture de la description qui suit, illustrée par les figures annexées parmi lesquelles le figure 1 montre, vue de face, l'électrode selon l'invention, - le figure 2 est une coupe selon la ligne li de la figure 1, - la figure 3 est une vue agrandie d'une portion de la figure 2, - la figure 4 représente schématiquement l'empilement de plusieurs électrodes, constituant un bloc de pile à combustible, - la figure 5 représente à grande échelle le bord de l'electrode illustre sur la figure 2, - la figure 6 est une variante de la figure 5, - la figure 7 est une variante de réalisation d'une électrode selon ltinvention, - la figure 8 rEprésente, vue en perspective, une bi-électrode, - la figure 9 est une coupe verticale de la bi-électrode, - la figure 10 montre une variante de réaJisation de la bi-électrode, - le figure 11 représente une portion d'un bloc de pile à combustible formé de l'empilement de bi-électrodes et - la figure 12 illustre en détail l'alimentation en fluide d'une électrode creuse. Le figure 1 représente en vue de face une électrode creuse 1 selon l'invention. Cette électrode a par exemple la forme générale d'un quadrilatère dont deux angles opposés ont été supprimés de sorte que, comme le montre la figure 4, les canalisations d'alimentation la, lb des électrodes 1 ne traversent pas les électrodes 2, celles-ci étant alimentées avec un autre fluide par les canalisations 2e, 2b qui ne traversent pas les électrodes 1. Le figure 2 représente une électrode t vue en coupe selon la ligne Il de la figure 1. Comme on peut le voir sur cette figure, ltélectrode creuse est constitue par une plaque étanche et plane 3 et par une seconde plaque 4 situé à une distance "d" de la première et dont les bords sont-déformés pour reposer sur la plaque 3. La plaque 4 qui constitue le partie active de l'electrode creuse alimentée en un fluide tel qu'un combustible ou un comburant, comporte une plaque-support 4a électriquement conductrice, recouverte successivement sur sa surface située vers l'intérieur de l'électrode creuse d'un catalyseur approprié 4b et d'un film d'un produit hydrophobe 4c, comme le montre la figure 3. Selon un mode non limitatif de réalisation la plaque-support 4a est constituée par une grille métallique-obtenue par tout procédé connu tel que électroformage, mise en oeuvre de métal déployé etc..., tandis que le cataly seur peut titre constitué par un mélange charbonPTFE PTFEimprégné de métaux et/ou ces métaux et le film hydrophobe par du polytatrafluoroethylàna (PTFE), (commercialisé sous le nom de Teflon), le catalyseur et le film hydrophobe étant déposés sur la grille métallique par tout procédé connu. Selon une première variante de réalisation de l'invention illustrée par la figure 5 qui est une vue partielle agrandie de la figure 2, le pourtour 4a de la plaque-support 4a qui est déformé pour venir en contact avec la plaque étanche 3 est constitué par une bande continue et étanche ua de mdtal. L'etanchéité sur le pourtour de ltelectrode 1 peut etre obtenue par collage ou de préférence lorsque la plaque 3 est métallique par soudure, par exemple soudure électrique effectuée de façon continue au moyen d'une roulette, par étincelage etc..., ou encore par sertissage, agrafage comme le montre la figure 6 ou encore par soudure à ultrason. Selon une autre variante de réalisation illustrée par la figure 7, lécartement entre les plaques 3 et 4 qui sont alors toutes les deux métalliques est maintenu par des bossages 5 emboutis dans des zones déterminees de la plaque 4a où la surface métallique est continue, ces bossages étant alors soudés à la plaque 3, par exemple selon la technique de la soudure par point. Ces zones où sont emboutis les bossages sont réalisées par tout procédé connu tel-qu'électroformage permettant de déposer localement du métal pour obtenir localement une surface continue. L'électrode creuse décrite ci-dessus doit en général entre munie d'une prise latérale de collecta de courant (non représentée) permettant de connecter les électrodes selon un schéme électrique bien connu du specialiste. Toutefois, dans le ces d'une connexion électrique série il est préf6- rable d'utiliser une bi-électrode creuse representee en perspective sur la figure 8 et en coupe sur la figure 9. Cette bi-électrode est alors formée de deux grilles 6 #et 7 sur lesquelles sont déposés les catalyseurs (non repré sentes necesseires aux réactions blectrochimiques, ces grilles étent situEsede part ét d'autre d'une plaque métallique plane de séparation 8 avec laquelle elles définissent deux espaces confinés.Ces grilles sont placées de telle sorte que les canalisations telles que 9 et 10 d'alimentation en fluide de ces espaces confinés qui sont sensiblement perpendiculaires aux plaques de séparation @, ne traversent que les espaces confinés qu'elles alimentent. De cette façon il n'y a pas, en cas de fuite, de mélange possible des deux seuls fluides alimentant la bi-électrode. Dans le cas représenté sur les figures 7, 8 et 9 les bossages des grilles 4a, 6 et 7 ont des formes sensiblement ponctuelles et sont rEpartis par le technicien de façon telle que la totalité de la surface active de l1Electrode -soit balayée de façon sensiblement uniforme par le fluide introduit dans l'électrode creuse. Selon une variante de réalisation représentée sur la figure 10 les bossages 11 peuvent avoir une forme allongée, et coopèrent entre eux pour former des chicanes qui assurent le balayage de-toute la surface activa de l'électrode creuse par le fluide introduit dans cette électrode. Le constitution de bloc de pile à combustible s'obtient comme représenté sur la figure -11 selon la méthode bien connue dite "filtre press" dans laquelle on empile les électrodes les unes sur les autres avec interposition de cadres 12 qui délimitent entre deux électrodes ou bi-électrodes successives un espace desti 4 à recevoir un électrolyte introduit par des orifices non representes ménagés dans les cadres 12. De préférence ces cadres seront constitués par une matière déformable sous l'action d'une pression de serrage de l'empilement, cette matière assurant l'étanchéité des compartiments à électrolyte.Simultanément le fluage de ces cadres assure l'étanchéité autour des canalisations d'alimentation des électrodes creuses qui communiquent avec ces canalisations par lintormédisire d'orifices 13 (fig. 12) pratiquEs dans les canalisations d'alimentation sensiblement à l'endroit où elles traversent les électrodes qu'elles alimentent. Pour pouvoir assurer un bon serrage de l'empilement des électrodes et des cadres sens déformer les électrodes, des\éléments pleins tels que des rondelles 14 remplissent localement les électrodes creuses et sont munis de canaux 15 faisant communiquer L'intérieur de ltelectrode avec l'orifice 13 du conduit d'alimentation. Des modifications pourront etre apportées sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. Par exemple dans le cas d'une électrode talle que celle représentée sur la figure 7,c'est-à-dire ne comportant qu'un seul compartiment alimenté par un seul fluide, il est possible d'utiliser une grille 4a plane dont le pourtour présente une surface continua et qui porte localement des zones de matière continue, la plaque étanche 3 étant déformée sur son pourtour et portant des bossages qui viennent en contact avec les zones de matière continue de la grille 4a. REVENDICATIONS 1. - Electrode creuse pour pile à combustible constitues par au moins deux plaques distantes l'une de l'autre délimitant entre elles un espace confiné, l'une de ces plaques au moins étant déformée sur son pourtour pour venir en contact avec l'autre plaque, caractérisée en ce que l'une au moins de ces plaques est constituée par une première grille électriquement conductrice dont le pourtour est formé par une bande continue de matière non recouverte de produits facilitant les réactions électro-chimiques, et en ce que 1'6tanchéité de ltespece confiné est assurée au niveau de ladite bande continue. 2. - Electrode selon la revendication 1,caractérisée en ce que ltétanchéité est obtenue par collage. 3. - Electrode selon la revendication 1 dans laquelle les deux plaques sont constituées en un matériau métallique,caractérisée en ce que ltétanchéité est obtenue par soudure continue. 4. - Electrode selon la revendication I caractérisée en ce que l'étanchéité est obtenue par un agrafage mécanique des bords des plaques. 5. - Electrode selon une des revendications précédentes,caractérisée en ce que la première grille est localement pourvue de zones de matière continue non recouverte de produits facilitant la réaction électro-chimique, en ce que l'une au moins des plaques est pourvue de déformations telles que ces deux plaques sont en contact électrique au niveau de ces zones, et en ce que ces plaques sont soudées entre elles aux endroits où elles sont en contact. 6. - Electrode selon la revendication 5, caractérisée en ce que la bande continue de matière située sur le pourtour de la première grille est déformée pour venir en contact avec l'autre plaque 7. - Electrode selon la revendication 6, caractérisée en ce que les zones de matière continue de la première grille sont déformées pour etre en contact avec l'autre plaque qui est plane. 8. - Electrode selon la revendication 7,caractérisée en ce que les zones de matière continue de la première grille fprment des bossages. 9. - Electrode selon la revendication 8,caractérisée en ce que les bossages sont répartis de façon à faciliter le balayage de toute la surface active de l'électrode par le fluide introduit à ltintérieur de ltélectrode lors de son fonctionnement. 10. - Electrode selon la revendication 7,caractérisée en ce que les déforma- tions des zones de matière continue forment des chicanes obligeant le fluide introduit dans ltélectrode à balayer la quasi-totalitE de la surface active de l'électrode. 11. - Electrode selon une des revendications-6 à 10 comportant une troisième plaque, caractérisée en ce que cette troisième plaque est formée d'une seconde grille semblable à la première, ces deux grilles étant situées de part et d'autre de la plaque restante qui est plane.