CA1057817A - Pile a combustible dont les electrodes sont separees par des elements intercalaires - Google Patents

Pile a combustible dont les electrodes sont separees par des elements intercalaires

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Abstract

Pile à combustible comportant entre les électrodes au moins un élément intercalaire destiné à remplir la plus grande partie de l'espace inter-électrodes tout en laissant subsister pour le produit contenu dans cet espace interélectrodes, un espace libre de volume aussi réduit que possible au voisinage immédiat de la quasi-totalité de la surface de chaque électrode. Cet élément intercalaire est perforé pour permettre la conduction ionique d'une électrode vers l'autre. Il peut être constitué de deux feuilles minces délimitant entre elles des espaces confinés et étanches.

Description

105'~
La présente invention concerne une pile ~ Combuqtible comportant entre les électrodes au moins un élément intercalaire.
Les piles ~ combustible comprennent un empilement d'électrodes qui délimitent entre elles des compartiments.
Certains de ces compartiments sont destinés à contenir un électrolyte, d'autres sont alimentés en combustible et d'autres encore reçoivent un comburant.
Pour des raisons technologiques telles que par exemple, la faible épaisseur des électrodes, ou la nécessité
de couler une résine solidifiable qui pénètre localement entre les électrodes pour assurer une bonne étanchéité du bloc de pile, et aussi pour éviter les courts-circuits entre électrodes, on est conduit à maintenir un certain écartement entre les électrodes. Il en résulte que les compartim~nts délimités par les électrodes ont un volume important. Il est donc nécessaire d'utiliser de grandes quantités de combustible, de comburant et d'électrolyte pour remplir totalement ces compartiments pendant le fonctionnement de la pile.
Outre le fait que certains au moins de ces produits sont coûteux, il faut noter que le poids non négligeable de ce9 produits augmente le poid~ de la pile, ce qui se traduit par une diminution de la puissance massique de la pile, égale au rapport de la puissance ~lectrique délivrée par le poid~
de la pile~
Or, comme il est bien connu des spécialistes, la pui~sance ~lectrique fournie par une pile à combustible ne d~pend pas du volume inter-~lectrodes, mais de l'importance de la surface de~ électrodes.
Le but de la présente invention est donc de réduire, autant que faire se peut, les inconvénients des piles à
combustible selon l'art antérieur.
Selon l'invention, cet objectif est atteint en - 1- '~

1~'7~
utilisant un élément intercalaire ou grille inter-électrodes d'un type particulier qui, sans diminution de 1'espacement inter-électrodes, permet de réduire les quantités de produits nécessaires au remplissage du bloc de pile pendant le fonction-nement de la pile.
L ' invention pourra être bien comprise et ses avantages apparaltront à la lecture de la description suivante de l'inven-tion, illustrée par les figures annexées des lesquelles:
- La figure 1 représente schématiquement, vu en coupe, un espace inter-électrodes d'une pile à combustible, - La figure 2 illustre un premier mode de réalisation de la grille inter-électrodes, et - La figure 2A est une vue de la grille inter-électrodes coupée selon la ligne A-A de la figure 2. . .
Sur la figure 1, on a représenté, vues en coupe, deux électrodes 1 et 2 faisant partie d'un empilement d'électro-des constituant le bloc d'une pile à combustible. Ces électro-des délimitent entre elles un compartiment 3 qui, pendant le ~:
fonctionnement de la pile, contient un produit liquide ou gazeux, tel qu'un électrolyte, un combustible ou un comburant.
~ Selon l'invention, on interpose entre les électrodes 1 et 2, un élément intercalaire 4 destiné à remplir la plus grande partie de l'espace inter-électrodes 3 tout en laissant 9ub~ister pour le produit contenu dans cet espace inter-électrodes, un espace libre de volume aussi r~duit que possible au voi~inage immédiat de la quasi-totalité de la surface de chaque électrode. L'~lément intercalaire 4 porte des perfora-tion~ 4a dixigées perpendiculairement aux électrodes pour mettre en communication le~ espaces 5.
Il est aisé de comprendre que l'utilisation d'un élément intercalaire diminue considérablement la quantit~

de produit néces9aire pour remplir l'espace inter-électrodes,
- 2 -'' ~0~

sans dimlnuer pour autant les performances de la pile à
combustible puisque les surfaces actives des électrodes ne sont pas dimlnuées. Ceci constitue un avantage d'autant plus important que le prix de revient du produit remplissant l'espace délimité par les électrodes 1 et 2, est élevé. D'autre part, lorsque le circuit d'alimentation de cet espace inter-électrodes comporte de fa~on connue en soi, un réservoir de stockage dans le but de reguler au moins une des caractéristiques de l'écoule-ment du produit délivré par ce circuit d'alimentation, il est possible d'utiliser un réservoir de moindre importance, d'où
ré~ulte une réduction notable du poids et de l'encombrement de l'ensemble de la pile à combustible.
Selon un mode avantageux de réalisation de l'inven-tion, on utilise un élément inter-électrodes dont la densité
moyenne est au plus égale à celle~du produit contenu dans l'espace inter-électrodes o~ est placée cet élément.
De préférence, la densité moyenne de l'élément intercalaire sera choisie aussi faible que possible, et inféri-eure à celle du produit contenu dans l'espace inter-électrodes, ce qui procure, outre les avantages indiqués ci-dessus, celui de r~duire considérablement le poids de la pile ~ combustible.
Des élément~ lntercalaires selon l'lnvention pourront etxe placés dans tous les compartiments délimités par les électrodes d'une pile ~ combustible quelle que soit la nature d~s produits contenu~ dans ces compartiments, c'est-~-dire que ces produits soient liquides ou gazeux, les éléments procurant tout ou partie des avantages indiqués plus haut.
Toute~ois, il est également possible de ne placer des ~l~ments inter-électrodes que dans certains des compartiments, en fonction du but recherché par le technicien.
Bien entendu,-dans tous les cas, le matériau consti-tuant l'élément intercalaire est choisi de sorte qu'il ne ., - - . - . ~ : ~

10578~
produise, au contact du produit alimentant le compartiment où est placé cet élément, aucune réaction chimique néfaste au bon fonctionnement de la pile.
Les figures 2 et 2A illustrent un mode particulier mais non limitatif de réalisation de l'élément intercalaire 4.
Sur la figure 2, l'élément 4 est vu en perspective, tandis que sur la figure 2A il est représenté en coupe selon la ligne A-A de la figure 2.
Cet élément intercalaire est composé de deux feuilles très minces 6 et 7 (fig. 2a), par exemple de chlorure de polyvinyle, de polyéthylène, de polypropylène ou de polyamide 11 etc..., ces feuilles étant de préférence revêtues intérieure-ment d'une couche de polychlorure de vinylidène et délimitant .localement entre elles des espaces confinés et étanches tels que ceux représentés en 8 sous forme de bulles. Entre les espaces 8, les deux feuilles 6 et 7 composant l'élément inter-calaire sont percées de part en part, de fa~on à représenter des orifices tels que 9 pour permettre la conduction ionique d'une ~lectrode vers l'autre.
Les espaces tel~ que 8 sont remplis par un gaz chimiquement neutre Vi9 à vis des produits remplissant le bloc de pile, tel que l'air ou un gaz, à une pression su~fisante et de pré~érence au moins égale ~ celle du produit contenu dan9 l'e~pace inter-électrodes 3 (~ig. 1). L'utilisation d'un tel ~lément intercalaire est particulièrement int~ressante dans le ca9 où l'espace inter-~lectrodes est alimenté par un liquide.
A titre d'exemple, des éléments 4 réalises avec des `~
feuilles de polyamide 11 et plac~s dans les compartiments d'une pile a combu9tible qui 90nt alimentés en électrolyte liquide, a permis, sans diminution des per~or~ance9 de la pile, une réduction d'environ 50 % du poid9 d'électrolyte contenu dans le bloc de pile. Cette diminution du volume d'électrolyte ~o~
contenu dans le bloc de pile s'est traduite par une diminution d'environ 15 % du poids de l'ensemble de la pile à combustible qui dans ce cas avait une puissance électrique nominale de 5 KW.
Bien entendu, d'autres mode de réalisation de l'élément 4 pourront être envisagés, sans pour autant sortir du cadre de la présente invention.
Par exemple, l'élément intercalaire pourra être composé d'un polystyrène expansé percé de part en part, pourra . avoir une forme parallèlipipèdique dont l'épaisseur est inférieure à l'écartement des électrodes, etc...
En général, on utilisera des éléments dont le volume représente au plus 95 % du volume de l'espace inter-électrodes dans lequel il est placé.

: ~ . - . .. . ..

Claims (9)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:
1. Pile à combustible comprenant un bloc formé d'un empilement d'électrodes qui délimitent entre elles des compar-timents d'épaisseurs notables destinés à contenir des produits assurant le fonctionnement de cette pile, et au moins un élément intercalaire placé dans un des compartiments, caractérisée en ce que ledit élément a un volume ne laissant subsister dans ledit compartiment qu'un volume libre minimal pour le produit contenu dans celui-ci, et élément intercalaire étant maintenu entre les deux électrodes de façon que ce volume libre soit réparti en deux espaces libres limités, situés respectivement au voisinage immédiat des deux électrodes, ces espaces libres s'étendant sur la quasi totalité de la surface des électrodes, et en ce que ledit élément intercalaire est pourvu de perfora-tions faisant communiquer les espaces réduits situés de part et d'autre dudit élément intercalaire.
2. Pile à combustible selon la revendication 1, carac-térisée en ce que ledit élément intercalaire a une densité
moyeme au plus égale à celle du produit contenu dans ledit compartiment.
3. Pile à combustible selon la revendication 1, carac-térisée en ce que ledit élément intercalaire est constitué en un matériau chimiquement neutre vis à vis du produit remplissant ledit espace.
4. Pile à combustible selon la revendication 1, caractérisée ce que ledit élément intercalaire est constitué
par deux feuilles de faible épaisseur solidaires l'une de l'au-tre et délimitant localement entre elles des espaces confinés étanches, l'élément intercalaire étant percé de part en part en des endroits distincts de ceux où sont situés lesdits espaces confinés étanches.
5. Pile à combustible selon la revendication 4, caractérisée en en ce que lesdits espaces confinés sont remplis d'un gaz.
6. Pile à combustible selon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit gaz est de l'air.
7. Pile à combustible selon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit gaz est chimiquement neutre vis à vis du produit contenu dans le compartiment où est placé
l'élément intercalaire.
8. Pile à combustible selon la revendication 5, dans laquelle le produit remplissant ledit compartiment est un fluide liquide ou gazeux, caractérisée en ce que ledit gaz remplissant lesdits espaces confinés de l'élément intercalaire est à une pression sensiblement égale à celle dudit fluide.
9. Pile à combustible selon l'une des revendica-tions 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que ledit élément interca-laire a une forme parallèlipipèdique dont l'épaisseur est inférieure à l'écartement entre les électrodes délimitant le compartiment du bloc de pile où est placé ledit élément inter-calaire.
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BE838818A (fr) 1976-08-23
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