Brevet FR2549859A1 — publié le 19850201

La présente invention concerne des électrodes bipolaires, et a, plus particulièrement, trait à une électrode bipolaire utilisable pour éléments d'un dispositif d'électrolyse. On a fabriqué des électrodes à partir d'un substrat poreux obtenu par compactage de poudre de nickel frittée, en contact avec des moyens d'amenée de courant tels qu'une feuille, ou des tiges ou des fils, en métal imperméable. On a également proposé de fabriquer des électrodes bipolaires de dispositif d'électrolyse à partir d'un substrat fait d'une feuille de nickel ou de fer portant un revêtement fortement poreux en poudre de nickel de grande pureté. On peut se L ocj-rer un substrat approprié auprès de la société MPD Technology Limited de Wiggin Street, Birmingham B1 OAJ, sous la marque Kelac 582.Une face du substrat est utilisée comme anode et l'autre face, comme cathode, du dispositif d'électrolyse. I1 n'est pas nécessaire de disposer de catalyseurs pour les applications à température élevée, mais, en fonctionnement normal, au moins la cathode doit être imprégnée ou revêtue d'un catalyseur. La nature d'une seule pièce du substrat rend difficile d'envisager des catalyseurs différents pour les deux faces, à la fois en raison de la difficulté d'appliquer le catalyseur sur une seule face, et en raison des traitements spécifiques qui sont nécessaires pour activer le catalyseur, par exemple des traitements thermiques. De plus, des électrodes basées sur de tels substrats nécessitent normalement d'être supportées car leur structure manque de rigidité. La présente invention a pour objet une électrode bipolaire, moins onéreuse et plus facilement fabriquée, plus rigide que les électrodes formées à partir des substrats d'une seule pièce précédemment mentionnés, et qui peut être catalysée avant assemblage, Conformément à l'invention, on réalise une électrode bipolaire pouvant être utilisée dans les éléments d'un dispositif d'électrolyse, qui comporte une première couche consistant en une pluralité de bandes en nickel poreux pratiquement attenantes, une deuxième couche consistant en une feuille de nickel recouvrant la première couche de tous côtés, et une troisième couche consistant en une pluralité de bandes de nickel poreux, pratiquement attenantes et disposées de telle sorte que les contacts dans les première et troisième couches sont décalés ou agencés transversalement les uns aux autres, les trois couches étant liées l'une à l'autre par traitement métallurgique. Avantageusement, les couches de nickel poreux sont formées de poudre de nickel compactée ayant une porosité qui se situe dans la gamme des 25 à 70%, de préférence des 40 à 60%. Les liaisons formes par traitement métallurgique dans l'électrode sont de préférence obtenues par soudage des trois couches l'une sur l'autre, au moins par intervalles sur la totalité de l'électrode, normalement par soudage par points. I1 s'est révélé qu'il est important que les contacts dans les couches poreuses ne soient pas alignés d'une couche à l'autre. I1 est préférable qu'ils soient décalés pour que les points milieux des bandes de la troisième couche soient à l'opposé des contacts dans la première couche. En variante, les bandes de la troisième couche sont agencées transversalement à celles de la première couche. De préférence, les contacts dans les deux couches ne sont pas à angle droit. Cet agencement donne une plus grande rigidité à l'électrode du dispositif d'électrolyse, et aux éléments de dispositif d'électrolyse obtenus à partir des électrodes conformes à l'invention. De préférence, la couche cathodique, et, mieux encore, les couches poreuses cathodique et anodique sont catalysées avant assemblage. Il peut s'agir d'un traitement d'imprégnation des pores du substrat avec un catalyseur, ou d'un revêtement catalyseur appliqué sur la surface du substrat poreux. De préférence, les catalyseurs appliqués sont liés au substrat poreux à l'aide d'un liant fluorocarboné ; il est-recommandé d'utiliser, de préférence, du polytétrafluoroéthylène (PTFE), ou de l'éthylène-propylène fluoré (FEP). Les électrodes de dispositif d'électrolyse conformes à l'invention ont l'avantage, par rapport à celle utilisées jusqu'à présent, de pouvoir être fabriquées facilement, sans four ni équipement de revêtement spéciaux. Les couches poreuses peuvent être catalysées avant assemblage, permettant l'utilisation de catalyseurs différents pour les deux faces de l'électrode. De plus, lorsque le catalyseur est introduit par imprégnation, sa pénètration peut se faire depuis les deux faces de la couche poreuse. Les catalyseurs sont donc parfaitement répartis, et leur durée de vie est plus longue. Les~électrodes conformes à l'invention peuvent être utilisées pour former, par empilage, un élément de dispositif d'électrolyse. Les électrodes doivent être empilées, intercalées avec un isolant à structure ouverte. Cet isolant est disposé de telle sorte que les gaz formés à la surface de l'électrode puissent sortir verticalement de l'ensemble. Pour fabriquer un élément de dispositif d'électrolyse, on empile, avec une électrode conforme à l'invention de surface moyenne 1 m2 avec une épaisseur de 0,7 à 1 mm, une couche d'un isolant en fibres de PTFE par exemple, une membrane faite d'une feuille de nickel poreux par exemple, une autre électrode conforme à l'invention, et ainsi de suite, la pile assemblée étant ensuite comprimée pour former l'élément de dispositif d'électrolyse. Un exemple sera maintenant décrit. Six bandes en nickel poreux, de 200 mm de large, 0,25 mm d'épaisseur et 1 m de long, sont soudées bord à bord pour former deux feuilles de chacune 600 mm x 1000 mm. L'une des faces d'une feuille est revêtue d'une pâte LiCo04/FEP obtenue par mélange de quantités pondérées de catalyseur et de liant, dans un rapport de l'ordre de 2,5:1 en poids, avec 6 à 8 ml de méthanol, pendant environ 5 mn. La feuille revêtue est séchée à l'air chaud, puis traitée thermiquement dans de l'air. La surface de la seconde feuille est revêtue d'une pâte NiCo2S4/FEP obtenue de la manière décrite ci-dessus, séchée de même et traitée thermiquement. Les deux feuilles ont été ensuite soudées par points sur une feuille centrale de nickel façonné d'une épaisseur de l'ordre de 0,1 mm, les faces revêtues de catalyseur étant disposées extérieurement. REVENDICATIONS 1 - Structure d'électrode bipolaire utilisable pour éléments de dispositif d'électrolyse, caractérisée en ce qu'elle se compose d'une première couche d'une pluralité de bandes pratiquement attenantes en nickel poreux, d'une deuxième couche faite d'une feuille de nickel recouvrant de tous cotés la première couche, et d'une troisième couche d'une pluralité de bandes pratiquement attenantes en nickel poreux, agen crées de telle sorte que les contacts entre bandes dans les première et troisième couches sont décalés les uns par rapport aux autres, ou se situent transversalement les uns aux autres, les trois couches étant reliées entre elles par traitement métallurgique. 2 - Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche en nickel poreux est formée de poudre de nickel compactée, avec une porosité se situant dans la gamme des 25 à 70%. 3 - Electrode selon la revendication 2, caractérisée en ce que la porosité se situe dans la gamme des 40 à 60%. 4 - Electrode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les liaisons obtenues par traitement métallurgique sont formées par soudage des trois couches l'une sur l'autre. 5 - Electrode selon la revendication 4, caractérisée en ce que les couches sont soudées par soudage par points. 6 - Electrode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'une des couches poreuses ou les deux sont revêtues ou impré gnées d'un catalyseur avant assemblage. 7 - Electrode selon la revendication 6, caractérisée en ce que le catalyseur utilisé comme revêtue ment est lié à la couche poreuse par un liant fluorocarboné. 8 - Electrode selon la revendication 7, caractérisée en ce que le liant est du polytétrafluoroéthylène (PTFE) ou de l'ethyldne/propylene fluoré (FEP).