Brevet FR3163781A1 — publié le 20251226

L’invention concerne un ensemble pour module électrochimique, comportant un empilement (1) de cellules d’électrolyseur à oxyde solide ou de cellules à combustible à oxyde solide, ledit empilement étant positionné entre une plaque terminale supérieure (2) et une plaque terminale inférieure, chacune des plaques terminales supérieure et inférieure comportant respectivement une partie de connexion à une canne de courant (5), qui comprend une ouverture (4) ménagée dans ladite plaque terminale supérieure et/ou inférieure, accueillant la canne de courant (5), ainsi qu’une encoche (6) réalisée dans l’épaisseur de la plaque et qui s’étend jusqu’à ladite ouverture (4), définissant dans la plaque une première portion (61) et une seconde portion (62) qui sont aptes à être contraintes contre ladite canne de courant (5). Figure pour l’abrégé : [Fig.1] ENSEMBLE COMPORTANT UN EMPILEMENT DE CELLULES POUR MODULE ELECTROCHIMIQUE La présente invention concerne un ensemble pour module électrochimique, comportant un empilement de cellules d’électrolyseur à oxyde solide ou de cellules à combustible à oxyde solide, ainsi que des moyens de connexion à au moins une canne de courant. État de la technique Un dispositif électrochimique peut être mis en œuvre pour l'électrolyse à haute température et comporter un empilement de cellules d'électrolyseur à oxyde solide ou SOEC (solid oxide electrolyzer cell en terminologie anglo-saxonne) ou en tant que pile à combustible et comporter un empilement de cellules à combustible à oxyde solide ou SOFC (Solid oxide fuel cell en terminologie anglo-saxonne). Un tel dispositif comporte un module (ou « stack » en langage anglosaxon) comprenant un empilement de cellules électrochimiques enserrées entre deux plaques de serrage. Les cellules sont connectées électriquement en série. Chaque cellule électrochimique comporte un électrolyte entre deux électrodes. Des plaques d'interconnexion sont interposées entre les cellules et assurent la connexion électrique entre les cellules. En outre les plaques d'interconnexion assurent l'alimentation en gaz des cellules et la collecte des gaz produits au niveau de chaque cellule. L'une des plaques d'extrémité forme un cadre délimitant une fenêtre sur la plaque intermédiaire et recevant une cellule qui est alors en contact avec la plaque intermédiaire. Le courant électrique passe de bas en haut ou de haut en bas à travers les cellules et les zones des interconnecteurs, qui sont alignées verticalement avec les cellules. En fonctionnement, l'anode et la cathode sont le siège de réactions électrochimiques, tandis que l'électrolyte permet le transport d'ions de la cathode vers l'anode, ou inversement suivant que le dispositif électrochimique fonctionne en mode électrolyseur ou en mode pile à combustible. Pour permettre d’alimenter en courant un tel empilement afin d’assurer les réactions chimiques, une plaque terminale supérieure de l’empilement et une plaque terminale inférieure de l’empilement sont connectées respectivement à une canne de courant supérieure et à une canne de courant inférieure. La connexion est usuellement réalisée par une interface de fixation : un connecteur (appelé également « sifflet »), dont est équipée une extrémité de la canne de connexion, est fixé sur la plaque terminale notamment par vissage. Autrement dit, un connecteur de canne de courant supérieure est connecté sur la plaque terminale supérieure et un connecteur de canne de courant inférieure est connecté sur la plaque terminale inférieure de l’empilement. On observe toutefois que ce type de branchement provoque des échauffements au niveau des connecteurs des plaques terminales, et que ces échauffements peuvent conduire à faire fondre la canne de courant. Il existe ainsi un besoin de remplacer ces connecteurs de canne de courant, ou bien de trouver une solution alternative pour alimenter en courant les empilements sans abimer les cannes de courant ou l’empilement. L’invention offre une solution au problème évoqué ci-dessus en proposant un ensemble pour module électrochimique, comportant un empilement de cellules d’électrolyseur à oxyde solide ou de cellules à combustible à oxyde solide, ledit empilement étant positionné entre une plaque terminale supérieure et une plaque terminale inférieure, chacune des plaques terminales supérieure et inférieure comportant respectivement une partie de connexion supérieure et inférieure à, respectivement, une canne de courant supérieure et à une canne de courant inférieure, ledit ensemble étant caractérisé en ce que l’une au moins des parties de connexion comprend une ouverture ménagée dans ladite plaque terminale supérieure et/ou inférieure, pour accueillir l’une au moins des deux dites cannes de courant, ainsi qu’une encoche réalisée dans l’épaisseur de la plaque terminale supérieure et/ou inférieure depuis un bord de la plaque terminale supérieure et/ou inférieure jusqu’à ladite ouverture, ladite plaque terminale supérieure et/ ou inférieure comprenant, une première portion de plaque positionnée d’un côté de l’encoche et une seconde portion de plaque positionnée de l’autre côté de l’encoche, les première et seconde portions de plaque étant aptes à être contraintes contre ladite canne de courant. Ainsi réalisé, l’invention propose une ouverture qui accueille directement l’extrémité d’une canne de courant, sans connecteur, ce qui assure une transmission directe du courant de la canne à la plaque (ou de la plaque à la canne). Cela permet d’améliorer le contact entre la canne et la plaque, ce qui assure un meilleur passage du courant à une résistivité dans le contact diminué. En conséquence, tout échauffement est diminué et l’on évite ainsi toute dégradation éventuelle d’une partie de la canne de courant ou de la plaque terminale. Par ailleurs, la réalisation de l’encoche entre le bord de la plaque et l’ouverture d’accueil de la canne permet de créer deux portions adjacentes à l’ouverture dans la plaque, et ces deux portions offre un moyen pour déformer élastiquement la plaque au niveau de l’ouverture, permettant de créer une force de serrage au niveau de l’ouverture par déformation des deux portions. Plusieurs solutions techniques, proposées par l’invention, permettent de créer une tension autour de l’ouverture, de manière à maintenir fermement l’extrémité de canne dans l’ouverture. L’invention peut également présenter les caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison : – l’ouverture, qui accueille la canne de courant, est traversante, – suivant un premier mode de réalisation, ladite canne de courant présente un diamètre égal ou sensiblement égal au diamètre de ladite ouverture et est enfoncée à force dans ladite ouverture, les première et seconde portions de plaque étant contraintes contre ladite canne de courant par une force exercée par ladite canne de courant contre la paroi interne de ladite ouverture dans laquelle elle est enfoncée, – suivant une variante de réalisation, les première et seconde portions de plaque sont contraintes contre ladite canne de courant par un dispositif de fixation de l’une des portions de plaque sur l’autre portion de plaque, – le dispositif de fixation est une vis qui traverse l’une quelconque parmi les première ou seconde portions de plaque et un écrou qui se visse autour de ladite vis, contre l’autre parmi les première et seconde portions de plaque, – suivant encore une variante de réalisation, ledit dispositif de fixation est une vis qui traverse l’une quelconque parmi les première ou seconde portions de plaque et qui se fixe dans un trou taraudé ménagé dans l’autre parmi les première et seconde portions de plaque, – en outre, suivant un exemple avantageux, l’encoche s’étend suivant une direction rectiligne depuis ledit bord de la plaque terminale supérieure et/ou inférieure jusqu’à ladite ouverture, ladite direction étant parallèle à un second bord de plaque, adjacent audit bord de plaque, de sorte que l’encoche est réalisée suivant un plan perpendiculaire à une surface de plaque terminale, – suivant encore une autre variante, l’encoche s’étend suivant une direction rectiligne depuis ledit bord de la plaque terminale supérieure et/ou inférieure jusqu’à ladite ouverture, ladite direction rectiligne étant parallèle ou sensiblement parallèle à une surface de plaque terminale de sorte que l’encoche est réalisée dans l’épaisseur de la ladite plaque terminale. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels : FIG. 1 : la FIG. 1 est une représentation schématique d’un empilement de cellules pour module SOEC ou SOFC, FIG. 2 : la FIG. 2 est une vue en perspective et agrandie d’un plaque terminale d’empilement d’un ensemble conforme à un premier mode de réalisation de l’invention, FIG. 3 : la FIG. 3 est une vue en perspective et agrandie d’un plaque terminale d’empilement d’un ensemble conforme à un second mode de réalisation de l’invention, FIG. 4 : la FIG. 4 est une vue en perspective et agrandie d’un plaque terminale d’empilement d’un ensemble conforme à un troisième mode de réalisation de l’invention, FIG. 5 : la FIG. 5 est une vue en perspective et agrandie d’un plaque terminale d’empilement d’un ensemble conforme à un quatrième mode de réalisation de l’invention, et FIG. 6 : la FIG. 6 est une vue en perspective et agrandie d’un plaque terminale d’empilement d’un ensemble conforme à un cinquième mode de réalisation de l’invention. Il est bien entendu que les modes de réalisation qui seront décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si c'est cette partie qui est uniquement suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure. En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s’oppose à cette combinaison sur le plan technique. Sur les figures et dans la suite de la description, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence. Description détaillée La FIG. 1 montre un empilement 1 de cellules d’électrolyseur, représenté de façon schématique. Les cellules peuvent, de façon indépendante, être des cellules à oxyde solide ou de cellules à combustible à oxyde solide, suivant que l’on souhaite appliquer l’invention dans un SOEC ou un SOFC. L’empilement est, de façon classique en soi, positionné entre une plaque terminale supérieure 2 et une plaque terminale inférieure 3. Sur les figures suivantes, seule la plaque 2 terminale supérieure a été représentée et l’empilement de cellule n’apparait pas : il devra être compris que les modes de réalisation qui vont être décrits sont applicables aussi bien à la plaque terminale supérieure qu’à la plaque terminale inférieure. En règle générale, chacune des plaques terminales supérieure 2 et inférieure 3 comprennent une partie de connexion (soit supérieure et soit inférieure, respectivement) à une canne de courant qui est soit supérieure soit inférieure. Sur la FIG. 2 , est illustré un premier exemple de partie de connexion conforme à l’invention : cette partie de connexion a pour fonction de fixer la canne sur la plaque. En FIG. 2 , on observe que l’on a ménagé une ouverture traversante 4, à travers ladite plaque terminale supérieure 2, pour accueillir une canne de courant 5. Dans cet exemple de réalisation, la canne de courant est orientée de telle façon qu’elle se présente verticalement par rapport à la plaque terminale 2. Une encoche 6 est réalisée dans l’épaisseur de la plaque terminale supérieure 2, depuis un bord 60 de la plaque terminale 2 jusqu’à l’ouverture 4. De part et d’autre de l’encoche 6, on observe donc deux portions de plaque 61 ou 62, appelées première et seconde portions de plaque 2. L’ouverture traversante 4 a pour fonction d’accueillir la canne de courant 5 : elle présente ainsi un diamètre qui est légèrement supérieur au diamètre de la canne de courant 5 de section circulaire. Pour maintenir en place la canne 5 dans l’ouverture traversante 4, du fait que le diamètre de l’ouverture est supérieur à celui de la canne 5, il est nécessaire (dans ce cadre de cet exemple) de prévoir des moyens de fixation (ou dispositif de fixation 7). Les première et seconde portions 60 et 61 de plaque 2 peuvent être contraintes et exercer une force qui permet de serrer la canne 5 dans l’ouverture 4. Pour ce faire, dans le cadre de cette exemple, le dispositif de fixation 7 permet de rapprocher les deux portions de plaque 61 et 62 entre elles, pour créer une force de pression de la paroi interne de l’ouverture traversante 4 contre la paroi de la canne de courant 5. Plusieurs dispositifs de fixation 7 sont présentés sur les figures : la référence 7 a été maintenue pour chacun des exemples afin de faciliter la lecture des figures. Dans l’exemple illustré en FIG. 2 , ledit dispositif de fixation 7 comprend une vis 71 qui traverse les première et seconde portions de plaque 61 et 62, grâce à une trou traversant qui a été ménagé dans l’épaisseur du bord 60 de la plaque 2. La vis 71 est maintenue en place par l’écrou 72 qui se visse sur la vis. Pour permettre de viser l’écrou, une encoche 63 a été ménagée sur le bord de la plaque 2 qui est contigu au bord 60. Les deux portions de plaque 61 et 62 sont rapprochées l’une de l’autre en vissant l’écrou sur la tige de la vis, ce qui créer une force de serrage autour de la canne 5 dans l’ouverture 4. Une première variante de réalisation est montrée en FIG. 3 : le dispositif de fixation est uniquement une vis 73 qui traverse les première et seconde portions 61 et 62 de la plaque 2, les portions 61 et 62 étant toutes deux traversées par un trou taraudé 74. On notera que le trou 74 traverse la portion 62 sur la FIG. 3 et est un trou taraudé borgne dans la portion 61. Le trou traversant la portion 62 peut ne pas être un trou taraudé (trou simple). En vissant la vis 73 dans le trou taraudé 74, les deux portions 61 et 62 de plaque 2, qui jouxtent l’encoche 6, sont rapprochées l’une de l’autre et la canne 5 de courant est maintenue ainsi par serrage dans l’ouverture 4. La fixation de la canne dans l’ouverture 4 pourrait également ne pas comporter de dispositif de fixation 7 : la FIG. 4 en illustre l’exemple. En FIG. 4 , il l’ouverture traversante 4 a été réalisée avec un diamètre sensiblement égal au diamètre de la canne 5. La canne 5 est ainsi enfoncée à force dans l’ouverture 4, les première et seconde portions 61 et 62 de plaque étant contraintes contre ladite canne de courant par une force exercée par ladite canne de courant 5 contre la paroi interne de l’ouverture 4. Une autre version pourrait également être imaginée, avec une ouverture 4 non traversante. La figure montre encore une variante de réalisation avec un dispositif de fixation 7. Dans cet exemple, l’encoche 6 est réalisée différemment de l’encoche 6 montrée sur les figures 2 et 3 et l’ouverture 4 e est réalisée dans l’épaisseur de la paroi de la plaque 2 : la canne de courant 5 se présente latéralement par rapport à la plaque 2. L’encoche 6 du mode de réalisation montré en FIG. 5 s’étend suivant une direction D qui est rectiligne depuis ledit bord 60 de la plaque terminale 2 jusqu’à l’ouverture 4. La direction D est parallèle à un second bord 64 de plaque 2, adjacent au bord 60 de plaque2, de sorte que l’encoche 6 est réalisée suivant un plan P perpendiculaire à la surface 20 de plaque terminale 2. Dans ce mode de réalisation, les portions 61 et 62 (de part et d’autre de l’encoche 6) sont rapprochées l’une de l’autre (pour fixer la canne 5 dans l’ouverture 4) au moyen d’un système vis 71/ écrou 72 similaire à celui illustré en FIG. 2 , la vis 71 étant positionnée dans une ouverture qui est ménagée à travers les portions 61 et 62, perpendiculairement à la surface 20 de la plaque terminale supérieure 2. La FIG. 6 illustre encore une variante de réalisation : l’encoche 6 et l’ouverture 4 sont réalisées comme dans l’exemple montré en FIG. 5 : l’encoche 6 réalisée suivant une direction rectiligne D depuis ledit bord 60 de la plaque terminale 2 jusqu’à ladite ouverture, 4. On notera que la direction rectiligne D est parallèle ou sensiblement parallèle à une surface 20 de plaque terminale 2, de sorte que l’encoche 6 est réalisée dans l’épaisseur de la ladite plaque terminale 2. Dans cet exemple de réalisation, le système vis / écrou est remplacé par un système vis 73 / trou taraudé 74, le trou taraudé étant ménagé à travers la portion 62 et partiellement à travers la portion 63, le trou taraudé étant borgne dans la portion 61. On comprend de ce qui précède comment l’invention permet de fixer une canne de courant directement dans la plaque, que ce soit dans la plaque supérieure ou dans la plaque inférieure, en mettant directement en contact la canne de courant avec la plaque, sans élément intermédiaire entre eux, avec un dispositif de fixation étant éventuellement prévu à part, sans contact direct avec la canne. Bien entendu l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et s’étend à la mise en œuvre de tout moyen équivalent qui permet de fixer une canne dans une ouverture ménagée dans une paroi de plaque. Ensemble pour module électrochimique, comportant un empilement (1) de cellules d’électrolyseur à oxyde solide ou de cellules à combustible à oxyde solide, ledit empilement étant positionné entre une plaque terminale supérieure (2) et une plaque terminale inférieure (3), chacune des plaques terminales supérieure et inférieure (2, 3) comportant respectivement une partie de connexion supérieure et inférieure à, respectivement, une canne de courant (5) supérieure et à une canne de courant (5) inférieure, ledit ensemble étant caractérisé en ce que l’une au moins des parties de connexion comprend une ouverture (4) ménagée dans ladite plaque terminale supérieure (2) et/ou inférieure (3), pour accueillir l’une au moins des deux dites cannes de courant (5), ainsi qu’une encoche (6) réalisée dans l’épaisseur de la plaque terminale supérieure (2) et/ou inférieure (3) depuis un bord (60, 63) de la plaque terminale supérieure (2) et/ou inférieure (3) jusqu’à ladite ouverture (4), ladite plaque terminale supérieure (2) et/ ou inférieure (3) comprenant, une première portion de plaque (61) positionnée d’un côté de l’encoche et une seconde portion de plaque (62) positionnée de l’autre côté de l’encoche, les première (61) et seconde (62) portions de plaque étant aptes à être contraintes contre ladite canne de courant (5). Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite ouverture (4) est traversante. Ensemble selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite au moins une canne de courant (5) présente un diamètre égal au diamètre de ladite ouverture (4) et est enfoncée à force dans ladite ouverture (4), les première et seconde portions de plaque (61, 62) étant contraintes contre ladite canne de courant (5) par une force exercée par ladite canne de courant (5) contre la paroi interne de ladite ouverture (4) dans laquelle elle est enfoncée. Ensemble selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les première et seconde portions de plaque (61, 62) sont contraintes contre ladite canne de courant (5) par un dispositif de fixation (7) de l’une des portions de plaque sur l’autre portion de plaque. Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit dispositif de fixation (7) est une vis (71) qui traverse les première et seconde portions de plaque et un écrou (72) qui se visse sur ladite vis, contre l’autre parmi les première et seconde portions de plaque. Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit dispositif de fixation est une vis qui traverse l’une quelconque parmi les première ou seconde portions de plaque et qui se fixe dans un trou taraudé ménagé dans l’autre parmi les première et seconde portions de plaque. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’encoche s’étend suivant une direction rectiligne depuis ledit bord de la plaque terminale supérieure et/ou inférieure jusqu’à ladite ouverture, ladite direction étant parallèle à un second bord de plaque, adjacent audit bord de plaque, de sorte que l’encoche est réalisée suivant un plan perpendiculaire à une surface de plaque terminale. Ensemble selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l’encoche s’étend suivant une direction rectiligne depuis ledit bord de la plaque terminale supérieure et/ou inférieure jusqu’à ladite ouverture, ladite direction rectiligne étant parallèle à une surface de plaque terminale,de sorte que l’encoche est réalisée dans l’épaisseur de la ladite plaque terminale.