Brevet FR2515878A1 — publié le 19830506

La présente invention concerne une méthode de fabrication d'une électrode de pile à combustible du type pile à gaz. Une telle pile comprend généralement un bloc de pile dans lequel des électrodes délimitent des compartiments recevant un élec- trolyte, des compartiments alimentés en combustible et des comparti- ments alimentés en carburant. Chaque électrode comporte un support électriquement conducteur qui collecte le courant élec- trique produit par la réaction électro-chimique et assure la tenue mécanique de l'électrode, une structure catalytique en contact avec le support et dans laquel- le se développe la réaction électro-chimique, et une couche hydrofuge recouvrant la structure catalytique empochant le passage de l'électrolyte vers les compartiments contenant les gaz réactifs. La couche hydrofuge est constituée par du polytétrafluoré- thylène (P T F E) qui, selon l'art antérieur, est déposé par pulvé- risation sur une feuille d'aluminium, puis porté à température suffisante pour réaliser un frittage. La couche hydrofuge ainsi formée est décollée de la feuille d'alumi- nium et transférée sur la couche catalytique sur laquelle elle est appliquée sous pression Dans une autre disposition de l'art anté- rieur, l'ensemble feuille d'aluminium couche P T F E est appliquée sous pression, après frittage, sur la couche catalytique La feuille d'aluminium est ensuite retirée. Cette méthode de fabrication s'avère longue et délicate, le retrait de la feuille d'aluminium risquant de détériorer la couche hydrofuge. La présente invention propose-une méthode de fabrication de l'électrode ne présentant pas les inconvénients indiqués ci-dessus. La méthode selon l'invention pour la fabrication d'une électrode de pile à combustible comportant un support mécanique élec- triquement conducteur supportant une structure catalytique recouver- te d'un film d'un matériau hydrofuge, est caractérisée en ce que, après avoir déposé la structure catalytique sur le support, on dépose sur la structure catalytique une couche d'épaisseur déter- minée du matériau hydrofuge en poudre, et on presse l'ensemble ainsi formé jusqu'à une valeur de pression maximale prédéterminée. De préférence, la poudre de matériau hydrofuge est une pou- dre de polytétrafluoréthylène déposée par pulvérisation et cette pul- vérisation est effectuée en maintenant la température de la poudre à une valeur au plus égale à 40 C. Plus précisément la pression est augmentée progressivement à une vitesse qui, en général, ne dépasse pas 20 bars par seconde jusqu'à une valeur maximale au plus égale à 400 bars, puis maintenue à cette valeur pendant un intervalle de temps qui sera, par exemple, inférieur à 5 secondes. Eventuellement, un matériau porophore ou prorogène (maté- riau susceptible d'être éliminé pour laisser subsister un ensemble de pores), tel que du carbonate ou du carbamate d'ammonium, est incorpo- ré au matériau hydrofuge, dans le but d'obtenir uné porosité détermi- née. Lorsqu'un matériau porophore est incorporé au matériau hydrofuge, un traitement thermique est appliqué pour décomposer ce matériau porophore après le pressage de la couche hydrofuge. L'invention pourra être bien comprise et tous ses-avantages apparaîtront clairement à la lecture de la description qui suit illus- trée par les figures annexées dans lesquelles: la figure 1 montre schématiquement l'opération de dépôt de la poudre hydrofuge, la figure 2 illustre l'opération de fabrication de l'électrode, et la figure 3 représente une variante du mode de réalisation illustré par la figure 2. Sur un support 1 électriquement conducteur est déposé de façon connue en soi la structure catalytique 2 (figure 1). Le support 1 est, par exemple, constitué par un métal frit- té, une feuille de métal déployé etc, tandis que la structure catalytique, peut être constituée de charbon actif imprégné par le catalyseur approprié et mélangé à du P T F E, qui après frittage assure la cohésion de cette structure catalytique. On pulvérise alors sur la structure catalytique 2 une poudre de P T F E (tel que celui commercialisé sous le nom de TEFLON 702 N) pour former un film 3 Cette pulvérisation est réalisée de façon connue en soi, par exemple à l'aide d'un appareillage schématisée en 4, du type de celui décrit dans le brevet français 2 314 775 ou son premier certificat d'addition No 2 380 822. On a découvert que cette pulvérisation s'effectue dans de très bonnes conditions en maintenant la poudre de TEFLON à une tempé- rature au plus égale à 40 C Pour cela l'opération est réalisée à la températeure ambiante après avoir refroidi la poudre de TEFLON à une température inférieure à 40 C, par exemple -50 C. L'ensemble ainsi obtenu est alors soumis à un effort de compression à l'aide d'une presse (figure 2) Cette opération est effectuée dans les conditions indiquées ci-dessous. L'électrode est déposé sur un plateau métallique présentant une face polie Ce plateau peut être directement constitué par le plateau inférieur 5 d'une presse, o par une plaque métallique 6, par exemple en acier inoxydable. La couche de TEFLON est recouverte d'une mince feuille de papier-pelure 7, puis recouverte d'une nouvelle plaque métallique 8, par exemple en acier inoxydable présentant également une face polie, celle-ci étant appliquée sur la couche de P T F E Une feuille d'élas- tomère toiliée 9, par exemple de polyuréthane, commercialisée sous le nom d'Adiprène par Dupont de Nemours présentant une dureté d'envi- ron 70 shore est interposée entre la plaque métallique 8 et le plateau supérieur de la presse 10. Le rapprochement des plateaux de la presse est réalisé de façon que l'électrode soit soumise à une augmentation de pression dont la vitesse ne dépasse pas en général 20 bars/seconde jusqu'à ce que la pression atteigne une valeur maximale au plus égale à 400 bars. L'électrode est alors maintenue à cette pression maximale pendant une durée qui sera en général supérieure à 5 secondes. La pression sur l'électrode est ensuite diminuée et les plateaux 5 et 10 de la presse sont écartés très lentement à une vitesse n'excédant pas, par exemple, 20 bars/seconde. Selon une variante illustrée par la figure 3, l'électrode est placée dans un moule 11 de dimensions appropriées qui repose sur le plateau 5 de la presse Une feuille d'élastomère toilée ou non 12, par exemple de polyuréthane, commercialisée sous le nom d'Adiprène, ayant une dureté d'au moins 70 shore est interposée entre l'électro- de et le plateau supérieur 10 de la-presse. Les conditions de pressage de l'électrode sont identiques à celles indiquées plus haut. Après cette opération, la fabrication de l'électrode est terminée et celle-ci est prête à être utilisée dans la fabrication d'un bloc de pile à combustible. A titre d'exemple, la fabrication d'électrode a été réali- sée en utilisant une presse dont les plateaux étaient rapprochés à une vitesse correspondant à un accroissement de pression de 6,5 bars par seconde pour obtenir une augmentation totale de pression d'environ 130 bars, la pression maximale de 130 bars étant maintenue pendant 10 secondes avant la séparation des plateaux de la presse effectuée à la vitesse de 10 bars par seconde. Eventuellement, une poudre de matériau porophore, tel que du carbonate ou du carbamate d'ammonium, est mélangée à la poudre de matériau hydrofuge avant sa pulvérisation. Après avoir effectué le pressage comme indiqué ci-dessus, l'électrode obtenue, est soumise à un traitement thermique pour éli- miner ce matériau porophore. Par exemple, ce traitement thermique consiste à élever la température du matériau porophore au dela d'une valeur-seuil permet- tant son élimination en particulier par décomposition, vaporisation, etc. Pour un mélange de poudre hydrofuge et contenant 60 % en poids de carbonate d'ammonium, cette valeur-seuil est d'au moins 50 C, et de bons résultats ont été obtenus avec une valeur de 80 C, maintenue pendant environ 30 minutes. 15878 R E V E N D I C-A T I O N S 1 Méthode de fabrication d'une é-lectrode de pile à combustible com- portant un support mécanique électriquement conducteur supportant une structure catalytique recouverte d'un film d'un matériau hydrofuge, carac- térisée en ce que, après avoir déposé la structure catalytique sur le support, on dépose sur la structure catalytique une couche d'épaisseur déter- minée du matériau hydrofuge en poudre, et on presse l'ensemble ainsi formé jusqu'à une valeur de pression maximale prédéterminée. 2 Méthode selon la revendication 1,caractérisée en ce que la poudre de matériau hydrofuge est une poudre de polytétrafluoréthylène déposée par pulvérisation et en ce que cette pulvérisation est effectuée en main- tenant la température de la poudre à une valeur au plus égale à 40 C. 3 Méthode selon la revendication 1,caractérisée en ce que la valeur de pression maximale est au plus égale à 200 bars. 4 Méthode selon la revendication 3,caractérisée en ce que la pression maximale est appliquée en augmentant progressivement la pression à une vitesse au plus égale à 20 bars/seconde. Méthode selon la revendication 3 ycaractérisée en ce qu'on maintient la pression maximale pendant une durée de temps déterminée. 6 Méthode selon la revendication 5,caratérisée en ce que ladite durée de temps déterminée est au moins égale à 5 secondes. 7 Méthode selon une des revendications précédentes dans laquelle la pression est exercée par rapprochement des plateaux d'une presse, carac- térisée en ce que l'on interpose entre l'un des plateaux de la presse et la couche de poudre hydrofuge au moins une plaque en élastomère toilé ayant une dureté d'environ 70 shore. 8 Méthode selon la revendication 7,caractérisée en ce que l'on inter- pose entre la plaque d'élastomère toilé et la couche de poudre hydrofuge une plaque métallique présentant une face polie et une feuille de papierpelure placée entre la face polie de la plaque métallique et la couche de poudre hydrofuge. 9 Méthode selon une des revendications 7 ou 8 >caractérisée en ce que, après avoir pressé l'électrode par rapprochement des plateaux de la presse, on écarte ces plateaux avec une vitesse au plus égale à 20 bars/seconde. Méthode selon une des revendications 7 à 9 caractérisée en ce que l'électrode est pressée en étant maintenue dans un moule. 11 Méthode selon la revendication 1, dans laquelle un matériau poro- phore est mélangé au matériau hydrofuge, caractérisée en ce qu'après pressage on élève la température dudit ensemble jusqu'à au moins une valeur-seuil déterminée.