Brevet FR2506080A1 — publié le 19821119

La présente invention concerne un support-collecteur de courant pour constituer des électrodes de générateurs électrochimiques tels que, par exemple, mais non limitativement, des électrodes de pile à combustible. Les électrodes des générateurs électrochimiques comportent généralement un support collecteur de courant sur lequel sont déposés les produits nécessaires aux réactions électrochimiques qui se développent dans les générateurs. Les différents types de support actuellement utilisés posent des problèmes concernant leur rigidité, la conductibilité transversale des électrodes obtenues et l'accrochage des produits chimiques, ainsi que le maintien dans le temps du contact électrique entre ces produits chimiques et le support collecteur. La présente invention propose un support collecteur de courant pour électrode de générateur électrochimique ne présentant pas les inconvénients indiqués ci-dessus et qui comporte essentiellement une couche de fibres ou fils métalliques en contact électrique et mécanique avec une couche d'un fritté métallique. De préférence, la couche de fils ou fibres métalliques est constituée d'une mousse métallique. Les deux couches peuvent être constituées de nickel ou d'un métal nickelé. La couche de fibres ou fils métalliques est destinée à contenir des produits facilitant les réactions électrochimiques dans les générateurs électrochimiques. L'invention pourra être bien comprise et tous ses avantages apparaltront clairement à la lecture de la description qui suit illustrée par les figures annexées parmi lesquelles - la figure 1 montre schématiquement et en coupe un support-collecteur de courant selon l'invention, - les figures 2 à 5 représentent différentes méthodes de fabrication du support-collecteur selon l'invention, et - les figures 6 à 8 illustrent, à titre d'exemple, la fabrication d'une électrode de pile à combustible à partir d'un support-collecteur selon l'invention. La figure 1 représente schématiquement un support-collecteur de courant selon l'invention, qui comporte essentiellement deux couches 1 et 2 en contact électrique et mécanique. La couche 1, qui est destinée à contenir les produits chimiques nécessaires à la réaction électrochimique, est constituée d'un agglomérat de fils ou fibres métalliques en contact avec les produits chimiques. Cette couche recueille le courant résultant des réactions électrochimiques. Selon un mode préféré de réalisation, cette couche est constituée par une mousse métallique telle que celle fabriquée par la Société SORAPEC ou celle commercialisée par la Société BEKAERT. La couche 2 est destinée à assurer la rigidité et une bonne conductivité transversale de l'électrode. Par conductivité transversale, on entend la conductivité dans une direction perpendicualire à l'épaisseur. La couche 2 est donc constituée par une couche métallique conductrice poreuse sensiblement continue et dont l'épaisseur a été déterminée pour obtenir la rigidité et la conductivité transversale désirées. A titre d'exemple, la couche 1 peut être constituée en nickel, en cuivre nickelé, en fer nickelé tandis que la couche 2 est, par exemple, en nickel. La fabrication d'un tel support-collecteur de courant peut être réalisée selon différentes méthodes dont les principales sont indiquées ci-dessous. Selon une première méthode, une poudre métallique, par exemple une poudre de nickel, est déposée dans un moule 3 (fig. 2) pour former un lit d'épaisseur déterminée par exemple sensiblement constante h. La couche 1, constituée d'une mousse de nickel, est déposée sur le lit de poudre avec une interpénétration plus ou moins grande e de la poudre métallique dans les espaces entre les fils constituant la mousse métallique. Par élévation de température, on réalise le frittage de la poudre métallique. Cette élévation de température peut être réalisée de façon connue en soi dans un four, par induction, etc... Selon une autre méthode schématisée sur la figure 3, on réalise une pâte composée de poudre métallique et d'un liant tel que le carboxyméthylcellulose en solution aqueuse et on procède à l'aide d'une raclette 4 à l'enduction de l'une des surfaces de la couche de fibres 1 en faisant pénétrer plus ou moins la pâte dans la structure fibreuse de la couche 1, puis par chauffage on réalise le frittage de la poudre métallique. Selon une variante, la pâte à base de poudre métallique peut être déposée sur l'une des surfaces de la couche 1 par un procédé de sérigraphie schématisé sur la figure 4 permettant le dépôt d'une quantité déterminée de pâte à travers une toile dont les mailles sont calibrées. Une raclette 10 animée d'un mouvement selon une direction horizontale et faisant pression verticalement de haut en bas sur une toile 9 tenue horizontalement dans un cadre 8 amène cette toile au contact de la couche 1 et provoque la pénétration de la pâte 11, composée d'une poudre métallique et d'un liant tel que le carboxyméthylcellulose en solution aqueuse, dans les mailles de la toile 9. Après passage de la raclette 10, la toile 9 revient à son niveau antérieur et la pâte 11 est transférée de l'intérieur des mailles de la toile 9 à la surface de la couche 1. Ce transfert s'explique par le choix du matériau constituant la toile 9 tel que sa mouillabilité par la pâte 11 soit plus faible que celle de la couche 1. Selon une autre méthode de fabrication schématisée sur la figure 5, on pulvérise sur l'une des surfaces de la couche fibreuse 1 une solution de poudre de nickel à l'aide d'un pulvérisateur 5 qui peut être de tout type connu. La solution ainsi pulvérisée est composée de poudre de nickel, de carboxyméthylcellulose et d'eau. On réalise ensuite par chauffage le frittage de la couche de nickel et la décomposition thermique de la carboxyméthylcellulose. Les figures 6, 7 et 8 représentent à titre d'exemple non limitatif l'utilisation du support selon l'invention pour réaliser une électrode de pile à combustible utilisant des produits réactifs gazeux et un électrolyte liquide. On introduit dans la couche fibreuse 1 la quantité de catalyseur 6 nécessaire (fig. 6) puis on comprime cette couche fibreuse pour obtenir l'épaisseur E désirée pour l'électrode (fig. 7). Cette opération favorise le contact entre le catalyseur et les fils de la couche 1. Finalement, on recouvre la couche 1 d'une couche hydrofuge 7 (figure 8), par exemple en téflon pouvant être déposée par tout procédé connu. Les électrodes ainsi réalisées présentent l'avantage, malgré un faible poids, d'une bonne rigidité mécanique, d'une excellente conductibilité transversale et d'une meilleure tenue dans le temps du contact entre le catalyseur et les fibres de la couche 1 REVENDICATIONS 1. - Support-collecteur de courant pour électrode de générateurs électrochimiques, caractérisé en ce qu'il comporte une couche (1) de fils ou fibres métalliques ménageant entre eux des espaces, et une couche (2) d'un fritté métallique en contact électrique et mécanique avec la couche de fils ou fibres métalliques. 2. - Support-collecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche (1) de fils ou fibres métalliques est constituée d'une mousse métallique. 3. - Support-collecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche (1) de fils ou fibres métalliques et la couche (2) du fritté métallique sont constituées en un même métal. 4. - Support-collecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche (1) de fils ou fibres métalliques et la couche (2) du fritté métallique sont en nickel. 5. - Support-collecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche (1) de fils ou fibres est constituée d'un métal nickelé et en ce que la couche de fritté métallique est en nickel. 6. - Electrode pour générateur électrochimique, utilisant un support collecteur selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche (2) de fibres ou de fils métalliques est imprégnée d'un catalyseur favorisant les réactions électrochimiques. 7. - Méthode de fabrication du support-collecteur de courant selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'on effectue successivement les étapes suivantes - on pulvérise sur l'une des faces d'une couche de fibres ou fils métal liques une solution de poudre métallique et - on chauffe pour obtenir le frittage de la poudre métallique. 8. - Méthode de fabrication d'un support-collecteur de courant selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'on effectue successivement les étapes suivantes - on produit une pâte à partir du mélange d'une poudre métallique et d'un liant, - on dépose cette pâte sur l'une des faces de la couche de fibres ou fils métalliques avec une interpénétration de la pâte et de la couche de fibres ou fils métalliques et, - on chauffe pour obtenir le frittage de la poudre métallique. 9. - Méthode selon la revendication 8, caractérisée en ce que la pâte est déposée sur la couche de fils ou fibres métalliques par un procédé d'enduction. 10. - Méthode selon la revendication 8, caractérisée en ce que la pâte est déposée sur la couche de fils ou fibres métalliques par un procédé sérigraphique. 11. - Méthode de fabrication d'un support-collecteur de courant selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'on réalise un lit de poudre métallique, en ce qu'on dépose sur ce lit de poudre une couche de fibres ou fils métalliques qui pénètre partiellement dans le lit de poudre métallique et en ce qu'on chauffe pour obtenir le frittage de la poudre métallique.