Brevet FR2774100A1 — publié le 19990730

L'invention concerne un dispositif destiné à électrolyser l'eau. Ce dispositif est constitué d'un support de matière solide non conductrice de l'électricité sur laquelle on a disposé deux moyens de mise sous tension reliés à une alimentation électrique, de préférence en courant continu, entre lesquels moyens de mise sous tension on a appliqué une matière fluide ou pâteuse électriquement conductrice. Le dit dispositif fonctionnant à la façon d'électrodes multiples lorsqu'il est plongé dans de l'eau et alimenté en courant électrique. Le domaine technique de l'invention est celui des procédés électrolytiques et des appareillages à cet effet, plus particulièrement la production électrolytique de non métaux, d'hydrogène ou d'oxygène par électrolyse de l'eau. On connaît déjà différentes électrodes: 1) en titane recouvert d'un mélange d'oxyde d'iridium, d'oxyde de tantale et de platine (EP 0344 378 AI) 2) en platine recouvert d'un oxyde du groupe du plomb (EP 0298 055 Ai) 3) en oxyde de magnésium (EP 0297 377 A2) 4) en oxyde d'iridium (EP 0359 876 AI) 5) en dioxyde de magnésium (EP 0724 027 A2). L'ensemble des dispositifs connus destinés à servir d'électrodes lors d'une électrolyse de l'eau nécessitent, pour procéder à cette opération, un apport d'électricité voisin de 2 faradays (soit 193 000 coulombs) par mole d'eau électrolysée. La consommation d'électricité nécessaire à l'électrolyse de l'eau n'a jamais été notablement modifiée par la technique. Cette consommation d'énergie électrique rend le coût de la production d'hydrogène et d'oxygène par ce procédé trop élevé. En outre, la plupart des électrolyses sont réalisées: - à une température élevée (90 c ou plus); - avec un courant électrique d'au moins 30 ampères et d'une tension élevée; - en utilisant une solution aqueuse de NaCl; - en utilisant des techniques complexes telles que membrane échangeuse d'ion, circulation forcée de la solution électrolytique, procédés complexes de fabrication des électrodes, etc. 2 La présente invention a pour objectif de remédier à ces inconvénients en proposant comme dispositif destiné à électrolyser l'eau un support en matériau non conducteur de l'électricité, de forme quelconque, plat par exemple, sur laquelle on a disposé sur au moins une de ses faces, deux5 moyens de mise sous tension reliés à une alimentation électrique, de préférence en courant continu d'une tension comprise de préférence entre 12 et 25 V, et entre lesquels moyens de mise sous tension on a appliqué une matière fluide ou pâteuse électriquement conductrice décrite ci-après. Le dit dispositif provoquant l'électrolyse de l'eau en se comportant comme un10 dispositif à électrodes multiples très rapprochées et avec un rendement très supérieur à ceux observés jusqu'à présent. Conformément à l'invention, cet objectif est atteint du fait que la matière fluide ou pâteuse renferme, dans un liant pour revêtement de surface, de 20 à 80 % en poids de charges conductrices consistant en un support minéral lamellaire enrobé par un poudre à base d'un oxyde double ou d'un mélange d'oxydes doubles; le(s)dit(s) oxyde(s) double(s) répondant à la formule: Ax B 1-x 05-x 2 dans laquelle -0 - O représente l'oxygène. Avantageusement, dans les formules possibles, on a 0,15 Avantageusement, il intervient l'oxyde double ci-après: Snx Sbl.x O5-> Ladite poudre d'enrobage peut éventuellement contenir, outre les oxydes doubles précisés ci-dessus, au moins un oxyde non conducteur choisi notamment parmi la silice (SiO2) et le dioxyde de titane (TiO2). L'intervention de tels oxydes (seuls ou en mélange) permet, d'une part d'augmenter la taille des charges conductrices et,d'autre part, d'abaisser la résistance électrique de la matière fluide les contenant. Elle est limitée en quantité à 25 % en poids de l'enrobage. Les oxydes doubles conducteurs, en mélange ou pas avec au moins un oxyde non conducteur, enrobent un support minéral lamellaire. Un tel support peut notamment consister en des particules de phyllosilicates naturels ou en des particules de matériaux de structure graphitique. On peut notamment utiliser des particules de talc (Mg3 Si4 010 (OH)2), de micas phlogopite, paragonite ou muscovite (K Mg3 AI Si3 010 (OH)2, Na A12 Si3 AI 010 (OH)2 ou K A12 Si3 AI 010 (01-1)2) de pyrophyllite (A12 Si4 010 (OH)2) ou de carbone ou de nitrure de bore (BN) Selon une variante préférée de l'invention, la matière revendiquée renferme des charges conductrices qui consistent en des particules de talc ou de mica enrobées par une poudre à base de l'oxyde double de formule: Snx Sbl-x O5.x avec 0 D'une manière générale, les charges conductrice enfermées dans la matière fluide ou pâteuse de l'invention sont de dimensions limitées et de préférence d'un diamètre inférieur ou égal à 15 pm. Le coeur minéral des dites charges conductrices représente environ 30 à 70 % en poids. Pour l'obtention des dites charges, on met en oeuvre des procédés classiques. On peut notamment les préparer: - par atomisation: une solution des oxydes renfermant les particules de support minéral est injectée dans un courant d'air chaud, - par cristallisation: une solution des oxydes renfermant les particules de support minéral est refroidie jusqu'à cristallisation. on broie ensuite les cristaux. Pour la préparation de la matière fluide ou pâteuse faisant partie du dispositif de l'invention, on procède par simple incorporation des dites charges dans le liant. En fait on disperse lesdites charges au sein du liant. La dispersion comprend un mélange à faible taux de cisaillement. Il convient en effet de ne pas séparer, au cours du dit mélange, la poudre (l'enrobage) du support des charges conductrices. Le liant intervenant est un liant classique, du type de ceux intervenant dans les peintures, vernis, vernis-laque, revêtements plus épais.... selon l'art antérieur. Dans une variante préférée de l'invention, le liant est constitué de terpolymère vinyle acrylique thermoplastique. Le support de la matière fluide ou visqueuse ci-dessus décrite peut indifféremment être en epoxydes ou en toute matière plastique ou autre, non conductrice de l'électricité et permettant l'application de la matière électriquement conductrice et des moyens de mise sous tension et présenter toute forme utile à son usage, par exemple une sphère, un cube, une plaque plane. Sur au moins une des faces de cette plaque il a été apposé deux moyens de mise sous tension d'une longueur L, d'une largeur I et espacés d'une distance d; lesdits paramètres L, I et d étant choisis en fonction de la puissance escomptée mais, de préférence on a: - 0l0 cm continu et d'une tension comprise entre 12 et 25 volts. Entre ces deux moyens de mise sous tension, il a été appliqué une couche de la matière fluide ou pâteuse électriquement conductrice ci-dessus décrite de telle sorte que ladite couche conduise l'électricité lors de la mise sous tension. Selon son premier objet, l'invention concerne donc un dispositif constitué par une plaque de matière non conductrice de l'électricité, sur laquelle on a disposé sur au moins une de ses faces deux moyens de mise sous tension, reliés à une source d'électricité de préférence en courant continu et d'une tension comprise de préférence entre 12 et 25 volts et entre lesquels moyens de mise sous tension on a appliqué la matière fluide ou pâteuse électriquement conductrice ci-dessus décrite. L'utilisation du dit dispositif à l'électrolyse de l'eau constitue son deuxième objet. Un troisième objet de l'invention est son utilisation comme producteur de carburant (hydrogène) et de comburant (oxygène) destinés à alimenter un moteur thermique, une turbine ou un brûileur de chaudière. Dans ce cas, il semble préférable de pratiquer l'électrolyse de l'eau à une pression supérieure à la pression atmosphérique pour obtenir un mélange gazeux (H2 et 02) à la pression désirée. Un quatrième objet de l'invention est son utilisation pour la production d'eau chimiquement pure en recombinant le mélange d'hydrogène et d'oxygène obtenu pour recomposer de l'eau. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description des procédés d'utilisation donnés ci-après à titre d'exemple. Il sera fait référence au dessin annexé, dans lequel: Sur le support 1 qui y est représenté, par exemple en.epoxyde, ont été disposés deux moyens de mise sous tension 4, 5, reliés à des bornes 6, 7 auxquelles est appliquée une différence de potentiel variable. Ces moyens de mise sous tension 4, 5 espacés d'une distance d variable, sont des barrettes d'argent disposées transversalement à la couche de matière électriquement conductrice 8. Ce dispositif est immergé dans de l'eau 2 elle même contenue dans un récipient fermé 3, au sommet duquel est pratiqué une ouverture 9 destinée à recueillir les gaz produits. On se propose enfin d'illustrer l'invention par l'exemple ci-après. Constitution de la plaque de matière non conductrice: Epoxyde. Dimensions: 20 cm x 10 cm Alimentation des moyens de mise sous tension 12 volts en courant continu. Composition de la matière électriquement conductrice: - liant: un vernis renfermant 50 parties en poids de Plioway EC1 et 300 parties en poids de White spirit - charges conductrices (C.C.) On a utilise des produits disponibles dans le commerce et plus précisément les particules commercialisées par Merck sous les marques: Minatec Q 30 CM et Mmatec ) 31 CM. - additifs: - agent anti redeposition: Bentone) SD 1 commercialisé par la Société Industrielle du Titane - agent épaississant: Puff()-it commercialisé par Carbonel et Jacquemot. - agent mouillant: lécithine de soja commercialisé par Lambert Rivière. Lesdits ingrédients mélangés pour obtenir une matière fluide électriquement conductrice selon l'invention dont la composition et les caractéristiques sont indiquées ci-après: % en poids Extrait sec en Densité Volume sec poids (g) (cm3) Vernis 48, 64 7,75 1,03 7,52 Charges 49,36 47,35 3,6 13,25 conductrices Bentone SOl 1 0,98 1,6 0, 61 Puff-it 0,6 Lécithine 0,4 Les résultats suivants ont été obtenus par un dispositif comprenant une plaque en Plexiglas(t sur laquelle les moyens de mise sous tension sont écartés d'une distance (d) et auxquels une différence de potentiel (U) variable à été appliquée et entre lesquels et à leur contact a été déposée une couche de matière conductrice d'une surface (S) S(cm2)/d(cm) Temps écoulé Intensité U(V) Quantité d'eau (s) moyenne (A) électrolysée (cm3) 150/2 600 0,3 25 90 /2 1200 0,23 25 70 /2 1800 0,17 25 70 REVENDICATIONS 1) Dispositif destiné à électrolyser l'eau caractérisé en ce qu'il est constitué par un support en matériau non conducteur de l'électricité (ou recouverte d'une matière isolante) sur lequel ont été fixés, sur au moins une de ses faces, deux moyens de mise sous tension reliés à une alimentation électrique et entre lesquels moyens de mise sous tension il a été appliqué une matière fluide ou pâteuse électriquement conductrice renfermant dans un liant pour revêtement de surface des charges conductrices consistant en un support minéral lamellaire enrobé par une poudre à base d'un oxyde double ou d'un mélange d'oxydes doubles répondant à la formule: Ax B l-x 05-x dans laquelle -0 - O représente l'oxygène. Ladite matière électriquement conductrice étant apposée sur la plaque entre les moyens de mise sous tension et à leur contact de façon à ce que le courant électrique la traverse lors de la mise sous tension. 2) Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans la formule Ax B -x 05-x 2 - A est remplacé par Sn - B est remplacé par Sb 3) Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans la formule Ax Bl-x 05-x on a, avantageusement: 0,15 4) Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mise sous tension sont des éléments conducteurs allongés tels que des bandes adhésives renfermant du cuivre, ou un métal du groupe du cuivre, de l'aluminium ou un métal du groupe de l'aluminium, du nickel ou un métal du groupe du nickel, du titane, ou un métal du groupe du titane ou des barrettes métalliques des mêmes métaux. )Dispositif, selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de mise sous tension sont disposés selon une ligne sinusoïdale ou sous forme de peignes imbriqués. 6) Dispositif, selon les revendications 1, 4 et 5 caractérisé en ce que les moyens de mise sous tension sont, de préférence, d'une longueur L comprise entre 100 cm et 500 cm, d'une largeur 1 comprise entre 1 cm et 5 cm et écartés l'un de l'autre d'une distance d comprise entre 0,5 cm et 2,5 cm 7) Dispositif, selon les revendications 1, 4, 5 et 6, caractérisé en ce que la largeur 1 des moyens de mise sous tension est, de préférence, voisine du double de la distance d qui les sépare. 8) Dispositif, selon les revendications 1, 4, 5, 6 et 7, caractérisé en ce que l'alimentation électrique des moyens de mise sous tension est effectuée de préférence à l'aide d'un courant continu. 9) Dispositif, selon les revendications 1, 4, 5, 6, 7 et 8, caractérisé en ce que la tension du courant utilisé est comprise de préférence entre 12 volts et 25 volts. ) Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support minéral lamnellaire de la matière fluide ou pâteuse électriquement conductrice consiste en des particules de phyllosillicates naturels tels que le talc, les micas phlogopite, paragonite ou muscovite ou la pyrophyllite ou en des particules de matériaux de structure graphitique tels que le carbone ou le nitrure de bore. 11) Dispositif, selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la poudre d'enrobage de la matière fluide ou pâteuse électriquement conductrice ne contient qu'un (ou un mélange d') oxyde(s) double(s) ou contient en outre au moins un oxyde non conducteur de l'électricité choisi parmi la silice et le dioxyde de titane. 12) Dispositif, selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les charges conductrices de la matière fluide ou pâteuse électriquement conductrice consistent en des particules de talc ou de mica enrobées d'une poudre à bas de l'oxyde double de formule: Snx SbI-x 05-x dans laquelle 0 13) Dispositif, selon l'une quelconque des revendications ci-dessus, caractérisé en ce que le passage du courant à travers la matière la transforme en anodes et cathodes multiples et électrolyse l'eau en consommant une quantité très faible d'électricité. 14) Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le l'ensemble support, moyens de mise sous tension et matière électriquement conductrice sont enfermés dans une enceinte fermée contenant de l'eau et sont immergés dans celle-ci. 15) Dispositif, selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'enceinte possède en son sommet une ouverture par laquelle sont récupérés les gaz produits. 16) Dispositif, selon la revendication 14 caractérisé en ce que l'eau contenue dans l'enceinte peut être portée à une pression supérieure à la pression atmosphérique. 17) Procédé d'utilisation du dispositif, selon l'une quelconque des revendications ci-dessus caractérisé en ce que le passage d'un courant électrique continu d'un voltage compris de préférence entre 12 V et 25 V à travers la matière fluide ou pâteuse ci-dessus décrite produit l'électrolyse de l'eau dans lequel il est immergé.