BE1031984A1

BE1031984A1 - Intercalaire pour une cellule électrolytique, cellule électrolytique et stack d'électrolyseur

Info

Publication number: BE1031984A1
Application number: BE20235760A
Authority: BE
Inventors: Guilhem Haenecour
Original assignee: John Cockerill Hydrogen Belgium
Priority date: 2023-09-18
Filing date: 2023-09-18
Publication date: 2025-04-10
Also published as: BE1031984B1; WO2025061758A1

Abstract

La présente invention se rapporte au domaine technique de l’électrolyse et plus particulièrement à la conception d’une cellule électrolytique. Les aspects particuliers de l’invention se rapportent à un intercalaire destiné à être utilisé dans une cellule électrolytique, à une cellule électrolytique et à un stack d’électrolyseur. Un intercalaire (12) destiné à être utilisé dans une cellule électrolytique (10) et déﬁnissant un espace (125) entre une plaque bipolaire (11) et une membrane (14), présente une forme générale rectangulaire et comprend des ouvertures d’alimentation (121) en électrolyte et d’extraction (1221, 1222) en mélange électrolyte/gaz communiquant avec l’espace (125). Selon l’invention, au moins une des ouvertures d’alimentation (121) ou d’extraction (1221, 1222) débouche dans l’espace (125) par une section évasée (123) à la surface de l’intercalaire (12).

Description

1 BE2023/5760

Intercalaire pour une cellule électrolytique, cellule électrolytique et stack d’électrolyseur

[0001] Description

[0002] La présente invention se rapporte au domaine technique de l’électrolyse et plus particulièrement à la conception d’une cellule électrolytique. Les aspects particuliers de l'invention se rapportent à un intercalaire destiné à être utilisé dans une cellule électrolytique, à une cellule électrolytique et à un stack d’électrolyseur.

[0003] Indication de l’art antérieur

[0004] La nécessité de réduire la production de gaz à effet de serre et d’utiliser des énergies renouvelables est maintenant bien connue. Le dihydrogène est une alternative aux hydrocarbures car il s’agit d’un vecteur énergétique facilement stockable, contrairement à l'électricité, et son oxydation dégage une énergie très importante (285 kJ/mole).

[0005] On connaît plusieurs façons de produire le dihydrogène gazeux ; la plus avantageuse consiste à électrolyser la molécule d’eau car il s’agit d’une réaction à haut rendement qui ne produit pas directement de CO) contrairement aux procédés utilisés massivement que sont le reformage du méthane, du charbon et d'hydrocarbures.

[0006] On connaît trois grands types d’électrolyseurs pour l’électrolyse de l’eau : - les électrolyseurs alcalins (AWE), qui se caractérisent par l’utilisation d’un électrolyte liquide qui permet le transfert des ions hydroxyles (OH7) de la cathode vers l’anode, - les électrolyseurs à haute température, dont l’électrolyte est une céramique ; et -les électrolyseurs à membrane (PEM), dont l’électrolyte est une membrane échangeuse d'ions à conduction protonique.

[0007] La présente invention concerne plus particulièrement un électrolyseur à membrane.

[0008] Un dispositif d’électrolyse à membrane comprend généralement un empilement (appelé stack) de cellules électrolytiques au sein desquelles est conduite la réaction d'électrolyse de l’eau. Les cellules électrolytiques sont assemblées électriquement en série et fluidiquement en parallèle. En faisant référence aux figures 1 à 3, une cellule électrolytique 10 comprend dans l’ordre, une plaque bipolaire 11, un espace 125 entouré d’un cadre intercalaire (ou simplement intercalaire) 12, une première électrode 131, en l’occurrence une cathode, une membrane 14, une seconde électrode 132, à savoir une anode, un second espace 125 entouré — d’un cadre intercalaire 12 et une deuxième plaque bipolaire 11. L'espace (parfois aussi appelé chambre d’électrode) entouré de l’intercalaire 12 est destiné à la circulation de l’électrolyte et des gaz d’électrolyse et permet, grâce à la circulation du fluide électrolytique, l’arrivée des réactifs (eau et ions hydroxydes) à la surface des électrodes 131 et 132. L’intercalaire 12 est généralement métallique et fournit un chemin de faible résistivité pour le courant électrique entre chaque plaque bipolaire 11 et l’électrode 131 ou 132 qui y est accolée. Les électrodes 131, 132 sont généralement réalisées en métal dopé, par exemple en nickel, mais d’autres métaux conducteurs peuvent également être utilisés. La membrane 14 (aussi appelée diaphragme ou séparateur poreux) assure l’isolation électrique entre les deux électrodes 131, 132 ainsi que le transport des protons ou des ions hydroxydes d’une électrode à l’autre tout en étant étanche aux gaz d’électrolyse. Les plaques bipolaires 11 (aussi appelées collecteur de courant) ont pour fonction de fournir le courant et d’évacuer les gaz de la cellule électrolytique 10. Les matériaux des plaques bipolaires 11 doivent donc posséder un niveau de conductivité électrique suffisant et une bonne inertie chimique vis-à-vis des fluides présents dans la cellule électrolytique 10 (électrolyte, acide, gaz). Les plaques bipolaires 11 les plus courantes sont réalisées en graphite, en matériau composite conducteur ou en métal (par exemple en acier inoxydable). Les plaques bipolaires 11 sont généralement munies de cannelures ou de reliefs — favorisant l'évacuation des gaz. Lélectrolyte (solution alcaline d’eau) provenant d’une canalisation d’alimentation 15 est introduit dans l’espace 125 par une ouverture d’alimentation 121 dans l’intercalaire 12, le mélange électrolyte/gaz résultant est extrait de l’espace 125 par une deuxième ouverture d’extraction 1221 ou 1222 pratiquée dans l’intercalaire 12. Lorsqu'il s’agit de l’espace 125 disposé entre la plaque bipolaire 11 et la cathode 131, le mélange électrolyte/gaz extrait par l’ouverture d’extraction 1221 est essentiellement composé de dihydrogène, Hy, gazeux et le mélange est évacué dans la canalisation d’extraction 161.

Lorsqu'il s’agit de l’espace 125 disposé entre l’anode 132 et la plaque bipolaire 11, le mélange électrolyte/gaz extrait par l’ouverture d’extraction 1222 est essentiellement composé de dioxygène, O2, gazeux et le mélange est évacué dans la canalisation d'extraction 162. Les — canalisations d'extraction 161 et 162 conduisent le mélange électrolyte/gaz vers des dispositifs de dégazage séparés (non représentés) permettant de récupérer respectivement le dihydrogène et le dioxygène. Dans l’espace 125, soit les électrodes 131, 132 sont contre la plaque bipolaire 11, soit un filet métallique, préférentiellement en nickel, est placé entre la plaque bipolaire 11 et les électrodes 131, 132.

[0009] Le stack d’électrolyseur comprend donc un empilement de telles cellules électrolytiques 10, la plaque bipolaire 11 terminant la première cellule électrolytique 10 constitue le début de la cellule électrolytique 10 suivante. Ainsi, la plaque bipolaire 11 de la première cellule électrolytique 10 (en amont de la suivante) possède un potentiel plus élevé que celui de la plaque bipolaire 11 de la deuxième cellule électrolytique 10 (en aval de la précédente) et par voie de conséquence, sa surface en contact avec l’espace 125 jouxtant la cathode 131 joue le rôle d’anode 132. Inversement, la surface de la plaque bipolaire 11 en contact avec l’espace 125 jouxtant l’anode 132 joue le rôle de cathode 131.

[0010] Deux plaques de fond (non représentées) sont pourvues aux extrémités de la cellule électrolytique 10 et permettent d’assurer le serrage des cellules électrolytiques 10 entre elles et leur étanchéité.

[0011] La présente invention est basée sur l’observation de plusieurs problèmes liés à cette conception des cellules électrolytiques 10. Un premier problème tient au fait que les ouvertures d’alimentation 121, et d’extraction 1221, 1222 pratiquées dans l’intercalaire 12 pour l'alimentation en électrolyte et l’extraction en mélange électrolyte/gaz de l’espace 125 ne peuvent pas être disposées de manière symétrique par rapport à l’espace 125. Les ouvertures doivent impérativement être éloignées de la membrane 14 et sont donc disposées à proximité de la plaque bipolaire 11 jouxtant l’espace 125. A défaut d’adopter une telle configuration, sous l’effet des pressions auxquelles la membrane 14 est soumise, cette dernière 14 très flexible se déforme au point de pénétrer les ouvertures d'alimentation 121 ou d’extraction 1221, 1222 avec pour conséquences que le débit d'alimentation ou d’extraction peut être réduit et que l'étanchéité de la membrane 14 peut être compromise et que les deux espaces 125 de part et d'autre de la membrane 14 communiquent. Cette dernière conséquence pose des problèmes inacceptables pour la sécurité du personnel et de l’installation.

[0012] C’est pourquoi les ouvertures d’alimentation 121 et d’extraction 1221, 1222 doivent impérativement être disposées à proximité de la plaque bipolaire 11 jouxtant l’espace 125. Du point de vue de l’électrolyse de l’eau, cette configuration est loin d’être idéale car les réactions principales (décomposition de l’eau du côté de l’anode 132 avec formation de dioxygène et formation du dihydrogène du côté de la cathode 131) ont lieu à l'interface membrane 14/électrode 131, 132. Lélectrolyte introduit dans la canalisation d'alimentation 15 à proximité de la plaque bipolaire 11 pénètre dans l’espace 125 au travers de l'ouverture d’alimentation 121 en vue de traverser l’espace 125 avant d'arriver à interface membrane 14/électrode 131, 132. De même, le gaz produit doit traverser l’espace 125 depuis l’interface membrane 14/électrode 131, 132 pour être extrait par l'ouverture d’extraction 1221 ou 1222. En outre, le gaz produit à tendance à s’accumuler à la membrane 14 sous forme de bulles et la circulation de l’électrolyte ne peut que faiblement entraîner ces bulles. Ces bulles de gaz ont un caractère électriquement isolant et il en résulte une perte de conductivité de l’installation.

[0013] Un autre problème qui se pose est lié à la dimension des ouvertures d’alimentation 121 en électrolyte et d'extraction 1221, 1222 du mélange électrolyte/gaz. Pour des raisons techniques, on fait en sorte que la section de passage des ouvertures d’alimentation121et d'extraction 1221, 1222 soient plus petites que les sections de passage des canalisations d'alimentation 15 en électrolyte ou d’extraction 161, 162 en mélange électrolyte/gaz dans lesquelles elles débouchent respectivement. Ces différences de section de passages provoquent une différence de pression entre l'espace 125 et les ouvertures d’alimentaion121 et d'extraction 1222, 1221 qui, à son tour, permet la circulation de l’électrolyte depuis la canalisation d’alimentation 15 vers l’espace 125, puis vers les canalisations d’extraction 161 ou 162. Malheureusement, cette différence de pression est défavorable en termes de circulation de l’électrolyte et des gaz au sein de l’espace 125 de la cellule électrolytique 10.

[0014] Il serait donc souhaitable de fournir une solution permettant d'introduire l’électrolyte et d'extraire le mélange électrolyte/gaz de ou dans l’espace 125 de manière à ce que l’électrolyte puisse mieux interagir avec l’électrode 131, 132 (élimination des bulles de gaz générées à la surface de l’électrode 131, 132, réduction du chemin et du temps de convection de l’électrolyte dans l’espace 125).

[0015] Exposé de l'invention

[0016] Selon l'invention, ces problèmes sont résolus grâce à une forme particulière du cadre de l’intercalaire. Ainsi, l’invention se rapporte selon un premier de ses aspects à un intercalaire destiné à être utilisé dans une cellule d'électrolyseur et définissant un espace entre une plaque bipolaire et une membrane, l’intercalaire présentant une forme générale rectangulaire ou circulaire et comprenant des ouvertures d’alimentation en électrolyte et d’extraction en mélange électrolyte/gaz communiquant avec un espace comprenant certains constituants spécifiques de l’électrolyseur. Conformément à l’invention, au moins une des ouvertures d'alimentation ou d'extraction débouche dans l’espace par une section évasée.

Avantageusement, la section évasée présente une forme trapézoïdale et débouche dans l’espace à l'interface électrode/membrane.

[0017] La forme évasée permet d'éviter ou, à tout le moins, de réduire significativement, la différence de pression entre l'espace 125 et les ouvertures d’alimentaion121 et d’extraction 1222, 1221.

[0018] Selon un mode de réalisation préféré, l’ouverture présentant une forme trapézoïdale possède également une partie cylindrique (au sens géométrique du terme). Ainsi, il est aisé de connecter cette ouverture aux canalisations d’alimentation en électrolyte et d’extraction en mélange électrolyte/gaz préexistants.

[0019] Avantageusement, les ouvertures d’alimentation et d’extraction ne débouchent pas l’une en face de l’autre dans l’espace. Par exemple, elles peuvent être décalées d’une distance de maximum 3 cm, de préférence de maximum 10 mm.

[0020] De préférence, les deux ouvertures d’alimentation et d’extraction débouchent dans l’espace par une section évasée. Ainsi l’effet technique maximum peut être obtenu.

[0021] Selon un mode de réalisation avantageux, la section cylindrique de l’ouverture d'alimentation possède une section de passage inférieure à la section de passage de l'ouverture d’extraction.

[0022] Avantageusement, la section évasée et en forme de trapèze s'étend le long de l'épaisseur du cadre de l’intercalaire, autrement dit dans un plan décalé angulairement d’un angle alpha (a) inférieur à 90° par rapport au plan de l’intercalaire. Cela permet d'avoir la petite base de la section évasée en forme de trapèze à proximité de la plaque bipolaire du point de vue de l'épaisseur de l’intercalaire. Ceci afin que cette petite base vienne rejoindre une portion cylindrique des ouvertures d’alimentation et d'extraction. Ces portions cylindriques rejoignent quant à elles les canaux d’alimentation et d’extraction. Avantageusement, l’angle alpha (a) est compris entre 10 et 40°. Encore plus avantageusement, la grande base de la section évasée en forme de trapèze affleure à la surface de l’intercalaire. De la sorte, l’électrolyte peut être injecté tangentiellement à l’électrode et à l'interface électrode/membrane (apportant ainsi en permanence de l’électrolyte frais au contact de l’électrode) et/ou le mélange électrolyte/gaz peut être extrait au niveau de l'interface 5 électrode/membrane (permettant ainsi de déloger les bulles de gaz formées à l’électrode), le tout sans risquer des problèmes d’étanchéité pour l’électrolyseur ou la cellule électrolytique.

[0023] Suivant un autre de ses aspects, l’invention concerne une cellule électrolytique comprenant deux plaques bipolaires, deux électrodes, une membrane et deux intercalaires, au moins un des deux intercalaires étant tel que défini ci-dessus. Une telle cellule électrolytique ne présente plus les inconvénients avec les cellules électrolytiques de l’art antérieur.

[0024] Selon un troisième aspect, l’invention concerne un stack d’électrolyseur contenant une pluralité de cellules électrolytiques telles que définies ci-avant ainsi que deux plaques de fond, une canalisation d’alimentation en électrolyte et des canalisations d’extraction en mélange électrolyte/gaz.

[0025] Avantageusement, au moins une des ouvertures, de préférence deux d’entre elles, possède une section de passage proche, de préférence identique, à la section de passage des canalisations d'extraction.

[0026] Très avantageusement, on peut disposer les canalisations d’alimentation et d’extraction dans l’intercalaire. Ainsi assemblage de l’empilement est extrêmement rapide.

[0027] Avantageusement, l’intercalaire déborde en hauteur les autres éléments de la cellule électrolytique (les plaques bipolaires, les électrodes et la membrane). Dans ce cas, on peut avantageusement placer un joint entre deux intercalaires consécutifs tels que définis ci-dessus.

Le joint peut être réalisé en toute matière permettant d’assurer l’étanchéité de l’empilement et résistant aux conditions de fonctionnement de la cellule électrolytique, de préférence en élastomère et de manière encore plus préférée en un caoutchouc EPDM (éthylène-propylène- diène monomère). Le joint présente une forme générale rectangulaire ou cylindrique correspondant à la périphérie de l’intercalaire. L'intérieur du joint est découpé de la même manière que l’intercalaire. Ainsi, dans le cas où la section évasée d’une ouverture d'alimentation ou d'extraction affleure à la surface de l’intercalaire, le joint possède également une découpe présentant une section évasée en forme de trapèze correspondante. Dans une telle configuration, trois joints sont présents pour trois pièces, à savoir la première électrode, la membrane et la deuxième électrode. De plus, l’électrode est à cheval dans l’espace et son joint.

Cette configuration assure le positionnement parfait et le maintien de manière rigide de l’assemblage des deux électrodes et de la membrane et résout ainsi les problèmes de perte d'étanchéité, de bouchage des ouvertures d’alimentation et d’extraction.

[0028] Les performances du stack d’électrolyseur s’en voient fortement améliorées.

[0029] Brève description des figures

[0030] L'invention va maintenant être décrite au moyen des figures qui n’ont d’autre but que celui d’illustrer la présente invention. Ces figures représentent schématiquement :

[0031] Fig. 1, une cellule électrolytique de l’art antérieur

[0032] Fig. 2, un intercalaire de l’art antérieur

[0033] Fig. 3, un empilement de cellules électrolytiques de l’art antérieur

[0034] Fig. 4, un intercalaire selon l'invention

[0035] Fig. 5, une vue en coupe de l’intercalaire de la Fig. 4 suivant un plan perpendiculaire au plan de l’intercalaire de la Fig. 4 et prise en son milieu.

[0036] Fig. 6 une vue en coupe d’un intercalaire suivant un autre mode de réalisation de l’invention selon la même orientation que celle de l’intercalaire de la Fig. 5

[0037] Détail d’un mode de réalisation

[0038] Les figures 4 et 5 montrent une coupe d’un intercalaire 12 selon un mode de réalisation de l'invention. On y voit un intercalaire 12 destiné à être utilisé dans une cellule électrolytique 10 et définissant un espace 125 entre une plaque bipolaire 11 et une membrane 14. Cet espace 125 est appelé à contenir la cathode 131 et l’anode 132 ainsi que toutes les espèces réactives intervenant dans la réaction d’électrolyse, à savoir la solution d’électrolyte, les ions et les gaz produits par l’électrolyse. Lintercalaire 12 présente une forme générale rectangulaire ou circulaire et comprend une ouverture d'alimentation 121 en électrolyte et une ouverture d’extraction 1221 ou 1222 en mélange électrolyte/gaz inclinées le long de l’épaisseur de l’intercalaire 12 et communiquant avec l’espace 125. En l’occurrence, on a (arbitrairement) représenté l’intercalaire 12 disposé du côté de la cathode 131 où le dihydrogène est produit par l’électrolyse. Ainsi l’ouverture d’extraction 1221 du mélange électrolyte/gaz communique avec la canalisation d’extraction 161 du mélange électrolyte/dihydrogène (non représentée sur ces figures). Bien entendu, l’intercalaire 12 présent de l’autre côté de l'assemblage électrode 131/membrane 14 présente une configuration similaire. Comme on peut le voir, au moins une des ouvertures d'alimentation 121 ou d’extraction 1221, 1222 (en l’occurrence, les deux) débouche dans l’espace 125 par une section évasée 123 de forme trapézoïdale.

[0039] On voit à la figure 5, une vue en coupe du même intercalaire 12 présenté à la figure 4 suivant un plan perpendiculaire au plan de l’intercalaire 12 de la figure 4 et prise en son milieu.

Pour faciliter la compréhension de l’invention, on a également représenté à la figure 5 la plaque bipolaire 11 et la cathode 131 qui, avec l’intercalaire 12 définissent l’espace 125. Cet espace 125 est alimenté par une ouverture d'alimentation 121 qui communique avec la canalisation d’alimentation 15 en électrolyte qui n’est pas représentée sur cette figure. De même, l’électrolyte et le gaz d’électrolyte produits (en l’occurrence du dihydrogène (approche est similaire en ce qui concerne le dioxygène)) sont extraits de la cellule électrolytique 10 par l'ouverture d’extraction 1221. Les deux ouvertures d'alimentation 121 et d’extraction 1221 présentent une partie évasée 123. On a représenté dans la partie haute de la figure, un mode de réalisation dans lequel la partie évasée 123 affleure à la surface de l’intercalaire 12 et permet donc l’extraction du mélange électrolyte/dihydrogène tangentiellement à l’électrode 131, ce qui améliore fortement l'efficacité de l’élimination des bulles de gaz à la surface de cette dernière 131. On a représenté dans la partie basse une partie évasée 123 qui est légèrement en retrait par rapport à la surface de l’intercalaire 12. Bien que cette configuration permette de faire circuler l’électrolyte dans l’espace 125 de manière très favorable, puisque le jet d’électrolyte débouchant dans l’espace 125 est dirigé vers la surface de l’électrode 131, cette configuration est moins préférée que celle où la partie évasée 123 affleure à la surface de l’intercalaire 12. Bien entendu, on comprend que les deux configurations peuvent être identiques ou différentes (affleurement des deux côtés, affleurement du côté de l'alimentation et pas du côté de l'extraction et vice-versa, pas d’affleurement du tout). La configuration préférée est celle dans laquelle il y a deux parties évasées 123 et chacune d'elles affleure à la surface de l’intercalaire 12 du côté de l’électrode 131. On voit également que la partie évasée 123 s’étend le long de l’épaisseur de l’intercalaire 12 rejoignant l’interface électrode 131/membrane 14 dans un plan décalé angulairement d’un angle alpha (a) inférieur à 90° par rapport au plan de l’intercalaire 12 le long de l’épaisseur de l’intercalaire 12 rejoignant l'interface électrode 131/membrane 14, en l’occurrence, l’angle alpha est d’environ 35°.

[0040] On voit également sur les figures 4 et 5 que les ouvertures d’alimentation 121 et d'extraction 1221 possèdent, outre la section évasée 123, une section cylindrique débouchant dans la partie évasée 123. On voit aussi sur ces figures que les deux ouvertures d’alimentation 121 et d’extraction 1221 ne débouchent pas dans l’espace 125 l’une en face de l’autre.

Avantageusement, le décalage entre les bouches des ouvertures 121 et 1221 est inférieur à 3 cm et de préférence inférieur à 10 mm. En l’occurrence, le décalage est de 4 mm. Ainsi, le flux d'électrolyte dans l’espace 125 est rendu plus homogène.

[0041] La figure 6 montre un mode de réalisation préféré de l'invention. On voit sur cette figure que l’intercalaire 12 déborde en hauteur les autres éléments de la cellule électrolytique 10, à savoir les plaques bipolaires 11, les électrodes 131, 132 et la membrane 14. On a disposé la canalisation d'alimentation 15 en électrolyte et les canalisations d’extraction 161 et 162 en mélange électrolyte/gaz sont disposées dans l’intercalaire 12. Ceci facilite grandement le montage. Les ouvertures d’alimentation 121 et d’extraction 1221 s'étendent respectivement des canalisations d'alimentation 15 et d’extraction 161 vers l’espace 125. Après une courte section cylindrique partant des canalisations d’alimentation 15 et d’extraction 161, les ouvertures d’alimentation 121 et d’extraction 1221 présentent chacune une section évasée 123 s'étendant jusqu’à l’espace 125.

[0042] On voit également qu’au moins une des ouvertures d’alimentation 121 ou d'extraction 1221 (en l’occurrence, les deux) possède une section de passage proche à la section de passage de la canalisation d’extraction 161. Les deux ouvertures d'alimentation 121 et d’extraction 1221 possèdent une section de passage identique à la section de passage de la canalisation d’extraction 161.

[0043] Un joint 17 est présent sur le côté de l’intercalaire 12 et est disposé entre cet intercalaire 12 et l’intercalaire 12 consécutif (non représenté) de la cellule électrolytique 10. On a représenté deux configurations particulières de l’intercalaire 12. La partie supérieure montre l’intercalaire 12 surplombant partiellement le joint 17 alors que la partie basse montre un joint 17 s'étendant substantiellement sur toute la hauteur de l’intercalaire 12.

[0044] L'intérieur du joint 17 est découpé de la même manière que celle de l’intercalaire 12 (il présente approximativement la forme de l’intercalaire de la figure 3). Ainsi, dans le cas où la section évasée 123 d’une ouverture d’alimentation 121 ou d’extraction 1221 affleure à la surface de l’intercalaire 12, le joint 17 possède également une découpe présentant une section évasée correspondante. L’assemblage des deux électrodes 131, 132 et de la membrane 14 est ainsi disposé à l’intérieur de la découpe du joint 17. Cette configuration assure le positionnement parfait et le maintien de manière rigide de l’assemblage des deux électrodes 131, 132 et de la membrane 14.

[0045] Liste des références des dessins : 10 Cellule électrolytique 11 Plaque bipolaire 12 Intercalaire 121 Ouverture d'alimentation en électrolyte 1221 Ouverture d'extraction du mélange électrolyte dihydrogène 1222 Ouverture d'extraction du mélange électrolyte dioxygène 123 Section évasée de l'ouverture 125 Espace 131 Electrode (cathode) 132 Electrode (anode) 14 Membrane 15 Canalisation d'alimentation en électrolyte 161 Canalisation d'extraction du mélange électrolyte/dihydrogène 162 Canalisation d'extraction du mélange électrolyte/dioxygène 17 Joint a Angle d'inclinaison de la partie évasée par rapport au plan de l'intercalaire

Claims

Revendications

1. Intercalaire (12) destiné à être utilisé dans une cellule électrolytique (10) et définissant un espace (125) entre une plaque bipolaire (11) et une membrane (14), l’intercalaire (12) présentant une forme générale rectangulaire et comprenant des ouvertures d'alimentation (121) en électrolyte et d'extraction (1221, 1222) en mélange électrolyte/gaz communiquant avec l’espace (125), caractérisé en ce que au moins une des ouvertures d’alimentation (121) ou d’extraction (1221, 1222) débouche dans l’espace (125) par une section évasée (123).

2. Intercalaire (12) suivant la revendication 1, dans lequel la section évasée (123) présente une forme trapézoïdale.

3. Intercalaire (12) suivant l’une des revendications précédentes dans lequel au moins une des ouvertures d'alimentation (121) ou d’extraction (1221, 1222) possède également une section cylindrique débouchant dans la partie évasée en forme de trapèze (123) au niveau de la petite base du trapèze, de sorte que cette partie cylindrique est inclinée le long de l’épaisseur de l’intercalaire (12) et connecte à une de ses extrémités la section évasée en forme de trapèze (123) par le biais d’une section cylindrique et à l’autre, le canal d’alimentation (121) ou d'extraction (1221, 1222).

4. Intercalaire (12) suivant l’une des revendications précédentes dans lequel les deux ouvertures d'alimentation (121) et d’extraction (1221, 1222) débouchent dans l’espace (125) par une section évasée (123).

5. Intercalaire (12) suivant la revendication 3 dans lequel les ouvertures d’alimentation (121) et d’extraction (1221, 1222) ne débouchent pas l’une en face de l’autre dans l’espace (125).

6. Intercalaire (12) suivant la revendication précédente dans lequel les ouvertures d'alimentation (121) et d’extraction (1221, 1222) sont décalées d’une distance de maximum 3 cm, de préférence de maximum 10 mm.

7. Intercalaire (12) suivant l’une quelconque des revendications 3 à 5 dans lequel la section cylindrique de l’ouverture d'alimentation (121) possède une section de passage inférieure à la section de passage de l'ouverture d'extraction (1221, 1222).

8. Intercalaire (12) suivant l’une quelconque des revendications 3 à 6 dans lequel la section évasée en forme de trapèze (123) s’étend le long de l'épaisseur de l’intercalaire (12) rejoignant l’interface électrode (131, 132)/membrane (14) dans un plan décalé angulairement d’un angle alpha (à) inférieur à 90° par rapport au plan de l’intercalaire

9. Intercalaire (12) suivant la revendication précédente dans lequel l’angle alpha (a) est compris entre 10 et 40°.

10. Intercalaire (12) suivant la revendication 8 ou la revendication 9 dans lequel la partie évasée (123) affleure à la surface de l’intercalaire (12).

11. Cellule électrolytique (10) comprenant deux plaques bipolaires (11), deux électrodes (131, 132), une membrane (14) et deux intercalaires (12), au moins un des deux intercalaires (12) étant tel que défini à l’une quelconque des revendications précédentes.

12. Cellule électrolytique (10) suivant la revendication 11 dans laquelle les intercalaires (12) débordent en hauteur les autres éléments de la cellule électrolytique (10).

13. Cellule électrolytique (10) suivant l’une des revendications 11 ou 12 dans laquelle un joint (17) est présent entre les deux intercalaires (12).

14. Cellule électrolytique (10) suivant l’une quelconque des revendications 11 à 13 dans lequel le joint (17) présente une forme générale rectangulaire correspondant à la périphérie de l’intercalaire (12), l’intérieur du joint (17) étant découpé de la même manière que celle de l’intercalaire (12) autour de l’espace (125) et dans laquelle, les deux électrodes (131, 132) et la membrane (14) sont disposées à l’intérieur de la découpe du joint (17).

15. Stack d’électrolyseur contenant une pluralité de cellules électrolytiques (10) telles que définies à l’une des revendications 11 à 14, deux plaques de fond, une canalisation d'alimentation (15) en électrolyte et des canalisations d’extraction (161, 162) en mélange électrolyte/gaz.

16. Stack d’électrolyseur suivant la revendication précédente dans lequel au moins une des ouvertures d'alimentation (121) et d’extraction (1221, 1222) possède une section de passage proche, de préférence identique à la section de passage des canalisations d'extraction (161, 162).

17. Stack d’électrolyseur suivant la revendication précédente dans lequel toutes les ouvertures d'alimentation (121) et d’extraction (1221, 1222) possèdent une section de passage proche, de préférence identique à la section de passage des canalisations d'extraction (161, 162).

18. Stack d’électrolyseur suivant l’une des revendications 15 à 17 dans lequel les électrodes

(131, 132) sont logées dans l'espace (125) soit contre une plaque bipolaire (11), soit connectées électriquement à une plaque bipolaire (11) par un filet métallique entre l'électrode (131, 132) et la paque bipolaire (11), ledit filet métallique étant préférentiellement en nickel.