CA1277366C - Perfectionnements aux structures des piles a combustible - Google Patents

Abstract

Elément de pile, comprenant une première et une deuxième électrodes poreuses, et un électrolyte remplissant un intervalle situé entre ces deux électrodes. La première électrode est asujettie à un cadre présentant un orifice central, une face de ce cadre comprenant des rainures permettant d'une part l'acheminement de l'électrolyte d'un orifice d'entrée vers une chambre de distribution communiquant avec un compartiment électrolytique et d'autre part l'évacuation de l'electrolyte vers un orifice de sortie. Un deuxième cadre est prévu s'étendant au regard de ce réseau, solidarisé au premier cadre, la deuxième électrode étant fixée sur ce deuxième cadre. Et une pile à combustible comprenant une pluralité de tels éléments.

Description

~ Z7736~;

La présente invention concerne un élément de pile et une pile comp~enant une pluralité de tels éléments.
En particulier, l'invention concerne des perfectionnements aux structures des piles à combustible constituées par une pluralité d'éléments disposés en contact électrique les uns avec les autres~ chaque élément comportant:
- deux électrodes poreuses présentant une forme de preférence plane et à faces parallèles, une cathode et une anode, comportant chacune un catalyseur spécifique, - un électrolyte remplissant l'intervalle situé entre lesdites électrodes, - deux collecteurs de courant bipolalres imperméables, comportant au moins une zone centrale conductrice portant des cannelures sur chacune des faces desdits collecteurs, un premier collecteur venant, par les sommets de sa face cathodique, en contact élec-trique contre la surface externe de ladite cathode, et par sa face anodique en contact électrique contre la surface externe de l'anode d'un élément adjacent, et un deuxième collecteur ~enant, par les sommets de sa face anodique, en contact électrique contre la surface externe de ladite anode, et par sa face cathodique en contact électrique contre la cathode de l'autre élément adjacent, un comburant gazeux circulant entre ladite cathode et la face cathodique du premier collecteur et un combustible gazeux circulant entre ladite anode et la face anodique du deuxième collecteur, les parties inférieure et supérieure desdits collecteurs situées de part et d'autre de la zone centrale conductrice étant munies d'orifices pour la circulation de l'élec-~:7736~

trolyte et du combustible à travers la pile, une premièreélectrode étant assujettie à un cadre présentant un orifice central, en forme de quadrilatere, et réalisé
de préférence en un matériau plastique isolant, les parties inférieure et supérieure dudit cadre comportant des orifices pour l'acheminement à travers la pile du combustible et de l'électrolyte correspondants aux orifices prévus sur les collecteurs, des moyens étant prévus sur une face dudit cadre pour permettre l'achemine-ment de l'électrolyte d'un desdits orifices pour l'achemi-nement de l'électrolyte, dit ori~ice d'entrée, vers un compartiment électrolyti~ue situé entre les deux électrodes et dudit compartiment vers un autre orifice pour l'acheminement de l'électrolyte, dit orifice de sortie, lesdits moyens comportant des rainures débouchant dans des parties évidées formant chambres de répartition et de distribution et de collationnement d'électrolyte disposées sur les parties inférieure et supérieure du cadre le long de deux côtés opposés de l'orifice central et communiquant avec le compartiment électroly-tique au moyen d'une pluralité de microcanaux parallèles délimités par des nervures.
Dans de telles piles l'étanchéité du système de distribution de l'électrolyte, comportant sur les cadres les rainures, les chambres de répartition et de distribution et de collationnement et les microcanaux, peut être assurée en appliquant la seconde électrode sur la face du cadre présentant ledit système de distri-bution et lui donnant des dimensions suffisantes pour venir le recouvrir, l'étanchéité étant alors réalisée lors du montage et du serrage des différents constituants.
Toutefois, on s'est aperçu qu'une telle solution n'était pas satisfaisante dans le cas des piles où l'électrolyte circule en permanence en étant C', ~ ~`

~Z~73~

distribue en parallèle entre tous les éléments car elle peut conduire à des courants de shuntage et donc à des pertes en énergie élevées du fait du contact de ladite électrode avec l~électrolyte commun aux différents éléments, qui circule dans les canaux définis par la coopération, dans la pile assemblée, des orifices prévus dans les différents constituants.
La présente invention permet de remédier à de tels inconvénients.
Selon la présente invention il est prévu un élément de pile, comprenant:
- une première et une deuxième électrodes poreuses, et un électrolyte remplissant un intervalle situé entre ces deux électrodes, - ladite première électrode étant assujettie à un cadre présentant un orifice central, une face dudit cadre comprenant des rainures permettant d'une part l'acheminement de l'électrolyte d'un orifice d'entrée vers une chambre de distribution communiquant avec un compartiment électrolytique et d'autre part l'évacua-tiuon de l'électrolyte vers un orifice de sortie, - un deuxième cadre 5 ~ étendant au regard dudit réseau, solidarisé au premier cadre, la deuxième électrode étant fixée sur ce deuxième cadre.
La première électrode peut être une cathode et la deuxième électrode une anode.
Selon la présente invention, il est également prévu une pile à combustible comprenant une pluralité
d'éléments tels que définis plus haut, et comprenant en outre:
- deux collecteurs de courant disposés de part et d'autre d'un élément de pile, chaque collecteur ayant une face cathodique et une face anodique, un premier collecteur venant par les sommets de sa face ~ ~;
~ . ~

, 7~3966 - 2b -cathodique en contact électrique contre la surface externe de la cathode dudit un élément de pile e-t par sa face anodique en contact électrique contre la surface externe de l'anode d'un élément de pile adjacent, un deuxième collecteur venant par les sommets de sa face anodique en contact électrique contre la surface externe de l'anode dudit un élément ~e pile et par sa face cathodique en contact électrique contre la cathode d'un autre élément de pile adjacent, - un comburant gazeux circulant entre la cathode dudit un élément de pile et la face cathodique dudit premier collecteur dans des canaux formés par des cannelures présentes sur une partie centrale conduc-trice dudit premier collecteur, - un combustible gazeux circulant entre l'anode dudit un élément de pile et la face anodique dudit deuxième collecteur dans des canaux formés par des cannelures présentes sur une partie centrale conduc-trice dudit deuxième collecteur.
Selon la présente invention, il est également prévu une pile à combustible du type constitué par une pluralité d'éléments disposés en contact électrique les uns avec les autres, chaque élément comprenant:
- deux électrodes poreuses, une cathode et une anode comportant chacune un catalyseur spécifique, - un électrolyte remplissant l'intervalle situé entre lesdites électrodes, - deux collecteurs de courant bipolaires imperméables, comportant au moins une zone centrale conductrice portant des cannelures sur chacune des faces desdits collecteurs, un premier collecteur venant, par les sommets de sa face cathodique, en contact élec-trique contre la surface externe de ladite cathode, et par sa face anodique en contact électrique contre ~1 .
~,i, ~2~'~366 la surface externe de 1'anode d'un élément adjacent, et un deuxi.ème collecteur venant par les sommets de sa face anodique en contact électrique, contre la surface externe de ladite anode, et par sa face cathodique en contact électrique contre la cathode de l'autre élément adjacent, un comburant gazeux circulant entre ladite ca-thode et la face cathodique du premier collecteur et un combustible gazeux circulant entre ladite anode et la face anodique du.second collecteur, les..parties inférieure et supérieure desdits collecteurs situées de part et d'autre de la zone centrale conductrice étant munies d'orifices pour la circulation de l'électrolyte et du combustible à travers la pile, une première électrode étant assujettie à un cadre présentant un orifice central en forme de quadrilatère, les parties inférieure et lS supérieure du cadre comportant des orifices pour l'ache-minement à travers la pile du combustible et de l'électro-lyte correspondants aux orifices prévus sur les collec-teurs, des moyens étant prévus sur une face dudit cadre pour permettre l'acheminement de l'électrolyte d'un desdits orifices pour l'acheminement de l'électrolyte, dit orifice d'entrée, vers un compartiment électrolytique situé entre les deux électrodes et dudit compartiment vers un autre orifice pour l'acheminement de l'électrolyte, dit orifice de sortie, lesdits moyens comportant des rainures débouchant dans des parties évidées formant chambres de répartition et de distribution et de colla-tionnement d'électrolyte, disposées sur les parties inférieure et supérieure du cadre le long de deux côtés opposés de l'évidement central et communiquant avec le compartiment électrolytique au moyen d'une pluralité
de microcanaux parallèles délimités par des nervures, - un second cadre ayant une première et deux ième faces et présentant un contour identique au premier cadre sur lequel est assujettie la première .~

~27'73~6 - 2d -électrode et des orifices d'acheminement de combustible et d'électrolyte correspondants à ceux prévus sur ledit premier cadre est appliqué par sa première face, qui est plane, sur ladite face du premier cadre présentant les rainures et les chambres de répartition et de distribution et de collationnement de l'électrolyte et solidarisé audit premier cadre de manière à assurer l'étanchéité du réseau de distribution de l'électrolyte, la seconde électrode étant assujettie sur ladite deuxième face du second cadre, un compartiment électrolytique étant défini par les deux électrodes et les orifices centraux des deux cadres.
Selon un mode de réalisation particulier de l'inven-tion, la face du second cadre sur laquelle est assujettie la seconde electrode présente préférentiellement au voisi-nage de l'orifice central une partie en retrait de hauteurcorrespondant sensiblement à l'épaisseur de ladite seconde électrode de manière que cette dernière, après assujet-tissement audit second cadre, ne déborde pas au-dessus de la deuxième face de ce second cadre, la face du premier cad~re sur laquelle est assujettie la première électrode présentant également préférentiellement au voisinage de l'orifice central une partie en retrait de hauteur corres-pondant sensiblement à l'épaisseur de ladite première électrode de manière que cette dernière, après assujettis-sement audit premier cadre, ne déborde pas au-dessus de la face de ce premier cadre.
Selon un mode d'exécution préférentiel, sur le premier cadre, les parcours des rainures reliant les ori-fices d'entrée et de sortie d'électrolyte aux chambres de répartition et de distribution e-t de collationnement ont une forme en U, le fond des U étant situé, par rappor-t au~dits orifices, au delà de l'orifice central délimitant le compartimen-t électrolytique.
Avantageusement, les fonds des rainures et des ~ ~77366 chambres de répartition et de distribution et de collation-nement comportent des moyens, tels que picots ou nervures, affleurant le plan de la face du premier cadre et destines à maintenir l'ecartement entre le second cadre et lesdits fonds lors de l'application du second cadre sur le premier cadre.
D'autres caractéristiques et avantages de l'inven-tion ressortiront de la description qui va suivre et du dessin annexé dans lequel:
La figure 1 est une vue éclatée de plusieurs consti-tuants d'un élément de pile conforme à l'invention.
La figure 2 est une représentation partielle en perspective et agrandie du détail II de la figure 1.
La figure 3 est une vue de l'autre face d'un des constituants représentés sur la figure l.
La figure 4 est une vue d'une face de l'ensemble formé par l'assemblement des différents constituants de la figure 1, avec repliement et arrachement partiels de certains de ceux-ci.
La figure 5 est une coupe agrandie de la figure 4 selon la ligne V-V.
La figure 6 est une coupe agrandie de la figure 4 selon la ~27736G

ligne VI-VI.
La figure 7 est une vue de l'autre ~aoe de l'ensemble de la ~igure 4.
La ~igure 8 est une vue d'une ~ace d'un colle¢teur de courant bipolaire.
La figure 9 est une vue de l'autre ~aoe du collecteur de courant de la ~igure 8.
La figure 10 est une coupe partielle agrandie selon la ligne X-X de la ~igure 8.
La ~igure 11 est une représentation partielle en perspective et agrandie du détail XI de la ~igure 8.
La ~igure 12 est une représentation partielle en perspective et agrandie du détail XII de la figure 9.
La figure 13 est une vue éclatée d'un élément de pile conforme à
l'invention.
La ~igure 14 représente très schématiquement en perspeotive une pile oonfor~e à l'invention.
Sur les figures, les référenoes 1 et 2 désignent les éleotrode~
poreuses entrant dans la oonstitution d'un élément d'une pile con~orme à
l'invention.
Dans le mode de réalisation décrit et representé, l'anode, en oontact par une face aveo l'éleotro}yte et par l'autre face aveo un combustible gazeux est désignee par la référence 1 ; la cathode, en contact par ure ~ace avec l'éleotrolyte et par l'autre face avec un comburant gazeux est désignée par la ré~érenae 2.
Ces électrodes peuvent être à base de carbone et d'une matière plastique, par exemple de polytétrafluorétylène et comporter chacune un ¢atalyseur spé¢ifique.
A titre illw trati~ et nullement limitati~, oes éleotrodes peuvent présenter une structure souple ainsi que décrit dans le brevet ~ran-çais n 79 25 879 du 18 Ootobre 1979. Elles peuvent avoir été réalisées, en partioulier, par le~ procédés deorits dans les brevets n 79 25 877 et 79 25 878 déposé~ é~alement le 18 Octobre 1979.
Dans l'exemple représenté, la cathode 2 est a~su~ettie à un cadre 3 présentant un ori~ice central 4 en ~orme de quadrilatère.

~Z77366 Le cadre 3 e~t avantageusement en matière plaqtique isolante, par exemple à base de polypropylène, chlorure de pol~vinyle, acrylonitrile-butadiène-styrène, polyéthylène, polystyrène, polysulfones Son épaiqseur peut être de l'ordre de 0,2 à ~ mm et de pré~érence de 0,5 à 1,5 mm.
Dans l'exemple repré3enté l'orl~ice central est carré.
Les parties inPérieure 5 et supérieure 6 du cadre 3 sont munies d'oriPices pour l'acheminement, à travers la pile, du combustible et de l'électrolyte.
La référence 7 désigne les orifices de circulation du combustible, qui dans le cas représenté ont une forme oblongue.
L'orifice 8A sert à la clrculation de l'électrolyte dans la pile et à son achemlnement dans le compartiment électrolytique.
L'ori~ice 8B sert à l'évacuation de l'éleotrolyte du compartiment électrolytique et à sa circulation dan3' la pile.
La rë~érence 9 désigne tes orifices pouvant atre utilisés par exemple pour le centrage de3 composants lors de l'as emblage et/ou pour l'introduction de tirants de serrage.
Des moyens sont prévus sur la face 10 du cadre 3 pour permettre l'acheminement de l'électrolyte de l'ori~ice 8A vers l'orifice central 4 et de celui-ci vers l'orifice 8B.
Ces moyeQs comportent des rainures 11 débouohant dans des parties évidées forma~t chambres de répartition et de diqtribution et de colla-tionnement d'éIectrolyte 12 disposées sur le~ parties in~érieure 5 et supérieure 6 du cadre 3 le long de deux cotés opposés de 1'orifice cen-tral et communiquant avec le compartiment électrolytique au moyen d'une pluralité de microcanaux parallèIes 13 délimltés par des nervures 14, comme cela apparait clairement sur la ~igure 2.
Les sommets des nervures 14 a~flsurent la fa¢e 10 du cadre 3.
Les rainures 11 pré~entent de pré~érence un parcour~ allongé et une faible section~ Il est en effet important d'allonger le parcours et de rétrécir la section de l'électrolyte entre les ori~ices d'admisqion et d'évacuation et le compartiment électrolytique dans le cas des plles où l'électrolyte est distribué en parallèle aux éléments dP façon à oréer une rési3tance élevée de shuntage entre éléments et diminuer autant que ~27731~6 faire se peut la perte énergétique correspondante. Par ailleurs, le cheminement de l'électrolyte dans un canal de ~aible section et de grande longueur, ayant une perte de charge dé~inie et élevée par rapport à celle deR compartiment~ permet une répartition uniforme de l'écoulement de l'électrolyte entre les divers éléments de la pile.
Dans l'exemple représenté les rainures 11 ont un parcours en forme de U, le fond des U étant situé9 par rapport aux oriPices 8A et 8B, au delà de l'orifice central 4 délimitant le compartiment électroIytique.
Cette disposition en U permet de doubler le parcours sans accro~tre signi~icativement le~ dimen~ion~ des composants. Elle permet aussi :
- d'interrompre, si on le déqire~ la circulation de l'éleotrolyte tout en maintenant le compartiment rempli - de faire circuler, si on le désire, l'électrolyte de bas en haut dan~
le compartiment tout en é~itant7 en cas d'entree accidentelle de gaz, la vidange de ce compartiment.
A titre d'exemple, la longueur de chaque branche du U peut être égale à la hauteur du co~partiment électrolytique, la largeur de la rainure pouvant varier de 0,5 mm à 10 mm.
L'étanchéité du réseau de distributlon de l'electrolyte, compre-nant sur le cadre 3 le3 ra$nures 11, les chambres 12 et le~ microca-naux 13 est asqurée au moyen d'un second cadre 55 en matière plastique isolante s'étendant au moins au regard dudit réseau de distribution, ledit cadre 55 étant solidarisé audit cadre 3.
Dans l'exemple représenté, le cadre 55 présente un contour analogue à celui du cadre 3, et notamment des orifices 67, 68A, 68B et 69 correspondant respectivement aux ori~ices 7, 8A, 8B et 9 prévu~ sur ledit cadre 3. Il présente également un orifice central 71 correspondant à l'orifice central 4 du cadre 3. L'épais~eur du cadre 55 peut être comprise entre 0,1 et 5 mm et de préférence entre 0,3 et 0,6 mm. Il est avantageusement constitué par le même matériau que celui con~tituant le cadre 3.
La solidarisation entre le cadre 55 et le cadre 3 peut être effec-tuée par tout moyen approprié tel que collage, soudage, par exemple.
Les fonds de~ rainures 11 et des chambres de répartition et de ~Z773~i distribution et de collatiornement d'électrolyte 12 comportent des moyens, tel~ que picots ou nervure9 9 affleurant le plan de la face du cadre 3 et destiné~ notamment à main~enir l'éaartement entre le cadre 55 et lesdits fond~ et à régularlser l'alimentation en ~luides. Ainsi dans l'exemple représente une nervure 16 est disposée danq les rainures 11, tout le long de celles-ci.
Par ailleurs, les chambre3 12 comportent une pluralité de nervu-res 17, di posées parallèlement et ne contrariant pa~ la circulation de l'électrolyte.
Les sommets des nervures 16 et 17 affleurent le plan de la face 10 du cadre 3.
L'utilisation de nerYures, à la place de picots, permet de dimi-nuer les risques de perforations du film ~ince.
L'anode 1 est assu~ettie au cadre 55.
Le compartiment éleotrolytique 64 est défini par les deux élec trodes 1 et 2 et par les cadres 3 et 55. A l'intérieur de ¢e compartiment il est possible de disposer un separateur constitué par exemple par une ~euille poreuse gaufrée.
Sur la face 72 opposée a la face 10, la partie du cadre 3 délimi-tant l'orifice central 4 et sur laquelle est assu~ettie la cathode 2 présente un retrait 60 de manière que la ¢athode 2 ne déborde pas au-de~sus de la face du cadre 3, aprè assu~ettis~ement au cadre 3 au niveau de cette partie en retrait 60.
Par contre, la ~ace 10 du cadre 3, ne 3upportant pas d'électrode mais ~ur laquelle s'applique le cadre 55 ne présente pas de partie en retrait.
Cette structure est particulièrement apparente au niveau de la figure 2, où l'on peut con~tater également que les nervures 14, qui délimitent les microcanaux 13, af~leurent le plan de la ~aae du cadre 3.
Il en eqt de meme des nervures 16 et 17.
La figure 3 représente la f`ace 57 du cadre 55 opposée à celle 56 représentée sur la ~igure 1. Cette Pace 579 qui vient porter ~ur la faae du cadre 3 présentant le réseau de distribution de l'électrolyte e3t plane, et ne comporte pas de partie en retrait.
Par contre l'autre Pace 56 du aadre 55, sur laquelle est assu-.Z7736~i ~ettie l'anode 1, pré3ente auto~r de l'orifica central un retrait 70 de manière que l'anode 1 ne déborde pas au dessus de la face du cadre 55 après assu~ettissement au cadre 55 au niveau de cette partie en retrait 70.
Les ~igures 4, 5, 6 et 7 sont relative~ à l'en~emble 40 formé par l'assemhlement des dif~érents constituants représentés qur la figure 1, à savoir les électrodes 1 et 2 et les cadres 3 et 55. La ~igur~ 4 montre la ~ace de l'ensemble 40 alimente par le combustible, la figure 7 celle alimentée par le comburant.
Sur la ~igure 7, on peut constater que les parties inférieure st supérieure du cadre 3 comportent, entre les ori~ice~ 7, des évide-ments 22 permettant d'accro~tre en combinaison avec des évidement~ ou rainures corre3pondant prévus dans les collecteurs de courant, le9 ~ec-tions d'entrée et de sortie de comburant dans l'élément. Ces évide-ments 22 apparaissent également ~ur les Yi~ures 1 et 2. A l'intérieur de ces év~dements 22 on peut disposer, ainsi que oela est représenté sur la ~igure 7 des nervures longitudinales 61 délimitant des canaux verticaux.
Les ~igures 8 a 12 30nt relatives aux colleoteurs de courant. Il s'agit de collecteurs de courant bipolaires imperméables comportant au moins une zone centrale conductrice, portant des oannelures ~ur chacune des faces desdit~ collecteur3, les parties inférieure et ~upérieure ~es-dits collecteurs, situaes de part et d'autre de la zone centrale conduc-trice, étant munies d'ori~ices pour la circulation de l'électrolyte et du combu~tlble à traver~ la pile.
Dans l'exemple représenté les colleoteur~ de courant sont désignés par la ré~érence 23. Il3 comportent une zone centrale conductrice 24 de forme corre~pondant à celle des électrodes 1 et 2, entourée sur sa péri-phérie d'une ~one isolante 25. Le~ parties supérieure 26 et in~é-rieure 27 de la zone isolante 25 sont munies d'orifices 28, 29A, 29B et 30 correspondant re~pectivement aux oriYices 7, 8A, 8B et 9.
Sur chacune des ~aces 31 et 32 du collecteur, la zone oentrale conductrice 24 est munie de cannelures dofinissant des canaux de direc-tion moyenne verticale pour la ciroulation des flux gazeux.
Dan3 l'exemple représenté~ les oannelures 33 ~ont verticales ;
elles défin~ssent des canaux 34 également verticaux. Le reseau deq can-31Z~3~

nelures et des canaux peut ê~re obtenu par utilisatlon d'un support ondulé ainsi que représenté sur la figure 12, mais ll est également possible de prévoir une âme centrale plane portant des reliefs de part et d'autre. L'épaisseur du support peut être comprise entre 50 microns et 3 mm, et de préférence entre 0,1 et 0,5 mm.
Il est également possible de prévoir à la place des cannelures verticales des cannelures en chevron ou présentant toute autre oonfigu-ration. Le pas et la pro~ondeur des cannelures (donc des canaux) peuvent être oompris entre 0,2 et 5 mm et de préférence ertre 075 et 1,5 mm.
La ~ace 31 du collecteur est destiné à être alimentée en comburant, par exemple de l'air, de l'oxygène alors que la face 32 est alimentée en combustible, par exe~ple de l'hydrogène, Les parties supérieure 26 et inférieure 27 de la face 31 catho-dique du collecteur sont munie~ de rainures ou évidements tels que 35 communiquant avec l'extérieur et permettant l'alimentation de ladite iace cathodique du collecteur par le oomburant ainsi que l'évacuation de ce dernier, selon un parcours quasi rectiligne évitant les pertes de charge dues à des changements de direction, pertes de charge qui pour-raient être particulièrement importanteq avec un comburant tel que l'air atmosphérique en rai on du débit très élevé nécessaire.
Le~ parties ~upérieure et in~érieure de la face 32 du oollecteur sont munies de rainures ou ~videment~ tels que 36 permettant l'alimen-tation en combuotible de la ~ace anodique du aollecteur à partir des ori~ices d'acheminement 28 ainsi que l'évacuation du combustible. Des moyens de répartition des ~lux 30nt disposés dan3 lesdites rainures et évidements 35 et 36.
Ce~ moyens sont con~titués par des nervures allongées, formant des canaux de répartition9 la ~aoe supérieure des nervures af~leurant le plan de la ~ace du collecteui portant les rainure~ et évidements et servant de ae fait à maintenir l'Pcartement entre le fond du oollecteur supportant les nervures et les constituants ad~aaents de la pile. Le~
canaux ainsi formés sont sensiblement verticaux.
Il s'ensuit que, les canaux délimités par les cannelures sur les parties conductrices du cQllecteur présentant également une direction moyenne verticale sur la figure, les flux de comburant et de combustible ~.~773~6 conser~ent ~enslblement la même direction verticale tout le long des faQes du collecteur.
Comme on peut le con~tater en ~e reportant sur la figure 12, les orifices d'alimentation en combu~tible 28 pré3entant une forme oblongue, les rainures ou évidements 36 permettant l'achemlnement du combustible débouchent au voi inage des parties desdits orifices oblongs situées le plus près de la zone centrale conductrice 24 du collecteur 23. Las ner-vures de répartition de combustible définissent un réseau s'évasant depui~ lesdit~ orifice~ 28 vers la partie conductrice 24 du collecteur.
Des nervures 37 située~ au voisinage des orifices 28 définissent des canaux alimentant eux mêmes un plu grand nombre de canaux intermé-diaires déYinis par des nervureq 38~ de longueur plu~ importante et conduisant au voisinage des canaux de la partie conductrice 24 du collecteur, un canal intermédiaire alimentant au moins un canal 34 de la partie conductrice 24 du collecteur.
L'allongement des canaux de distribution de combustible permet de réaliser des empilement~ importants d'éléments en ayant de faibles pertes de charge du gaz dans les canaux de ciroulation communs à tous les éléments. Il permet en outre un meilleur drainage des liquides parasite~
vers la partie inférieure des canaux oblongs inférieurs sans géner l'écoulement du gaz résiduel.
Comme on peut le constater en se reportant sur la figure 11, les nervures de répartition 39 du Plux de comburant sont allongées et défi-nissent de~ canaux de répartition, sensiblement verticaux ~ur la ~igure s'élargissant dans leur partie adjacente à la partie oonductrice du collecteur. Le parcours du comburant le long de la ~ace cathodique du co}lecteur est quasiment rectiligne, sans changement de direction signi-~icatif et sans obstacle. Entre les extrémités des nervures 39 situées au voisinage de la partie oondu¢trice 24 on peut disposer de~ picots 620 Les canaux de répartition débouchant de plu~ sur tout le côte horizontal de la partie conductrice 24 du collecteur, on obtient une excellente répartition du comburant au niveau de la ~ace cathodique.
Pour des raisons semblables, il en e~t de meme pour le combustible au niveau de la face anodique.
Avantageusement, au volsinage de la partie conductrice 24 le~

i6 , 1 extrémité~ des nervure3 38 se superpo3ent aUx extrémités des nervures 39 et aux picots 62 de manière à asqurer un meilleur maintien de ces zones des oollecteurs de courant lors du montage et du serrage des différents constituants de la pile.
Les deux cadres 3 et 55, ainsi que les parties isolantes des collecteurs de courant, sont avantageu~ement constitués par le même matériau synthétique isolant~ ce qui7 bien entendu, permet d'améliorer la solidarisation entre ces pièces.
Comme indiqué précédemment, ces pièces peuvent ainsi etre consti tués à partir de polypropylène, polyéthylène, chlorure de polyvinyle, acrylonitrile-butadiène-~tyrène, polysulfones, polystyrène, Ces matériaux peuvent comporter une oharge appropriée, par exemple une matiere inerte telle que du talc, en vue de modifier leur proprié~és mécaniques et thermiques et particul$èrement d'obtenir un coefficient de dilatation thermique proche de celui de la zone centrale conductrice des collecteurs.
A titre d'exemples, ces pièces pourront être oonstituées par du polypropylène chargé de talc~ par exemple de 5 à gO% de talc et de préférence entre 35 et 45%.
- 20 La partie centrale conductrice de~ collecteurs de courant peut avantageusement être réalisée à partir du même matériau plastique que celui entrant dans la constitution du cadre 3, mais dans lequel on intro-duit une charge conductrice, par exemple une poudre métallique, une poudre de graphite9 de carbone, un noir de four~ un noir d'acétylène, des ~ibres de carbone, de graphite, ou un mélange de ce~ dir~érents corps. A
titre d'exemple elle pourrait être constituée par du polypropylène chargé de noir de carbone par exemple de 10à 90% et de pré~érenoe de 30 à
50%.
Le cadre et le~ collecteurs peuvent être réalisés par thermocom-preqsion, par moulage par injection.
Ce dernier procédé e~t particulièrement aYantageux dan~ le cas de la realisation des aollecteurs de aourant oar on introduit simultanément à l'état fluide dans le moule les matièreq constituant d'une part la zone centrale conductrice et d'autre part la zone périphérique isolante, ce qui permet d'obtenir une soudure des deux matériaux et donc d'éviter une discontinuité entre le~ deux zones. En outre ce procédé est particuliè-rement économique.
La figure 13 est une vue éclatée d'un élément de pile con~orme à
l'invention.
La réference 40 désigne l'en3emble de constituants représenté sur la ~igure 7 et qui oomprend le cadre 3 supportant llélectrode 2 et le cadre 55 supportant l'électrode 1. De part et d'autre de cet ensemble, on dispose deux oollecteurs de courant tels que décrit~ précédemment. Un premier collecteur 23' vient par les sommets de sa face cathodique 31', en oontact électrique contre la surface externe de la cathode (non vue) et par ~a ~ace anodique en contact électrique contre la surface externe de l'anode d'un élément ad~acent (non repré~enté)0 Un second collec-teur 23" vient par les sommets de sa face anodique (non vue) en contact électrique contre la surface externe de l'anode 1 et par sa face catho-dique 31 n en contact électrique contre la cathode de l'autre élément ad~acent (non représenté).
Un comburant gazeux, par exemple l'air, circule entre la cathode de l'en3emble 40 et la face cathodique 31' du collecteur 23' dans les canaux défi~i3 par les cannelures présentes sur la partie centrale conductrice 24' du collecteur 23'.
Un combu~tible ga~eux, par exemple l'hydrogène, circule entre l'anode 1 et la face anodique du collect0ur 23" dans les canaux définis par les cannelure~ présentes 3ur la partie centrale conductrice du collecteur 23~.
Les électrodes sont solidarisées électriquement aux collecteurs de courant au niveau des sommets des cannelures de leurs parties centrales conductrices par tout moyen approprié, par exemple par pression, par qoudage, collage, etc ToutefoiY, il peut être avantageux de conserver non solidari~ée une zone périphérique, en forme de couronne, des électrodes, de manière à
conserver des pos~ibilités de dilatations dlfférentielle3 pour éviter des rupture~ ou des fissurations des électrode~ lor~ du montage et du ~onctionrement.
La figure 14 représente une pile conforme à l'invention réalisée ~Z77366 par assembla~e d'une pluralité d'élément~ tel~ que représenté3 sur la figure 16.
La ré~érence 50 désigne la pile ainsi constituée, les plaque~
d'extrémités étant désignés par les références 51 et 52. Les ré~éren-ces 53 et 54 de3ignent les bornes terminales reliées chacune a un des collecteurs d'extrémité termiant l'empilement.
5elon un ~ode de réalisation ce collecteur d'extrémité peut se di~érencier de~ collecteurs bipolaires décrits ci-dessus situés à l'in-térieur de l'empilement en ce qu'il comporte sur sa face extérieure à
l'empilement un élément métallique de Paible épaisseur et de surface au moins égale à celle de la zone active dudit collecteur, préférentielle-ment en ~orme de ~euille, de grille, de déployé ou de dépôt, appliqué
oontre oette ~ace ou incorporé à celle-ci.
Cet slément métallique peut oomporter un prolongement latéral auquel sera reliée la borne.
Les orifioes d'introducti~n et d'éYacuation d'electrolyte dans la pile sont désignés par les référence~ 56 et 57, alors que les ré~éren-oes 58 et 59 désignent les orifices d'introduction et d'évaouation de oombw tible gazeux.
Les ori~ioes par lesquels le comburant penètre dans la pile appa-raissent clairement sur la ~igure. Ces ori~ices sont formés par asso-ciation des évidements 35 et 22 prévus d'une part sur les collecteurs de courant 23 et d'autre part sur les faces en regard des cadres 3 sur lesquels sont assu~etties les électrodes 2.
Les nervures 61 préques dans les évidements 22 correspondent aux nervures 39 prévues dans les évidements 35 et l'as~ociation de ces ner-vures, qui portent les unes sur le~ autre~ a~sure le maintien da la section de l'ouverture de conduit formé par les évidements 35 et 22.
Bien entendu l'invention n'est nullement limitée aux modes de réa-lisation décrits et représentés qui n'ont éte donnes qu'à tire d'exem-ple~.

Claims (14)

1. Pile à combustible du type constituée par une pluralité d'éléments disposés en contact électrique les uns avec les autres, chaque élément comprenant:
- deux électrodes, u n e c a t h o d e et u n e anode comportant chacune un catalyseur, - un électrolyte remplissant l'intervalle situé
entre lesdites électrodes, - deux collecteurs de courant bipolaires imperméables, comportant au moins une zone centrale conductrice portant des cannelures sur chacune des faces desdits collecteurs, un premier collecteur venant, par les sommets de sa face cathodique, en contact électrique contre la surface externe de ladite cathode, et par sa face anodique en contact électrique contre la surface externe de l'anode d'un élément adjacent, et un deuxième collecteur venant par les sommets de sa face anodique en contact électrique, contre la surface externe de ladite anode, et par sa face cathodique en contact électrique contre la cathode de l'autre élément adjacent, un comburant gazeux circulant entre ladite cathode et la face cathodique du premier collecteur et un combustible gazeux circulant entre ladite anode et la face anodique du second collecteur, les parties inférieure et supérieure desdits collecteurs situées de part et d'autre de la zone centrale conductrice étant munies d'orifices pour la circulation de l'électrolyte et du combustible à travers la pile, une première électrode étant assujettie à un cadre présentant un orifice central en forme de quadrilatère, les parties inférieure et supérieure du cadre comportant des orifices pour l'acheminement à travers la pile du combustible et de l'électrolyte correspondants aux orifices prévus sur les collecteurs, des moyens étant prévus sur une face dudit cadre pour permettre l'acheminement de l'électrolyte d'un desdits orifices pour l'acheminement de l'électrolyte, dit orifice d'entrée, vers un compartiment électrolytique situé entre les deux électrodes et dudit compartiment vers un autre orifice pour l'acheminement de l'électrolyte, dit orifice de sortie, lesdits moyens comportant des rainures débouchant dans des parties évidées formant chambres de répartition et de distribution et de collationnement d'électrolyte, disposées sur les parties inférieure et supérieure du cadre le long de deux côtés opposés de l'évidement central et communiquant avec le compartiment électrolytique au moyen d'une pluralité
de microcanaux parallèles délimités par des nervures, - un second cadre ayant une première et deuxième faces et présentant un contour identique au premier cadre sur lequel est assujettie la première électrode et des orifices d'acheminement de combustible et d'électrolyte correspondants à ceux prévus sur ledit premier cadre est appliqué par sa première face, qui est plane, sur ladite face du premier cadre présentant les rainures et les chambres de répartition et de distribution et de collationnement de l'électrolyte et solidarisé audit premier cadre de manière à
assurer l'étanchéité du réseau de distribution de l'électrolyte, la seconde électrode étant assujettie sur ladite deuxième face du second cadre, un compartiment électrolytique étant défini par lesdites deux électrodes et lesdits orifices centraux des deux cadres.

2. Pile selon la revendication 1, dans laquelle la face du second cadre sur laquelle est assujettie la seconde électrode présente au voisinage de l'orifice central une partie en retrait de hauteur correspondant sensiblement à l'épaisseur de ladite seconde électrode de manière que cette dernière, après assujettissement audit second cadre, ne déborde pas au-dessus de la deuxième face de ce second cadre, la face du premier cadre sur laquelle est assujettie la première électrode présentant également au voisinage de l'orifice central une partie en retrait de hauteur correspondant sensiblement à l'épaisseur de ladite première électrode de manière que cette dernière, après assujettissement audit premier cadre, ne déborde pas au-dessus de la face de ce premièr cadre.

3. Pile selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle sur le premier cadre les parcours des rainures reliant les orifices d'entrée et de sortie d'électrolyte aux chambres de répartition et de distribution et de collationnement ont une forme en U, le fond des U étant situé, par rapport auxdits orifices, au delà de l'orifice central délimitant le compartiment électrolytique.

4. Pile selon la revendication 1, dans laquelle les fonds des rainures et des chambres de répartition et de distribution et de collationnement comportent des moyens, affleurant le plan de la face du premier cadre et destinés à
maintenir l'écartement entre le second cadre et lesdits fonds.

5. Pile selon la revendication 4, dans laquelle lesdits moyens aux fonds desdites rainures sont des picots.

6. Pile selon la revendication 4, dans laquelle lesdits moyens aux fonds desdites rainures sont des nervures.

7. Pile selon la revendication 6, dans laquelle au moins une nervure est disposée dans les rainures, tout le long desdites rainures.

8. Pile selon la revendication 4, dans laquelle les chambres de distribution et de répartition et de collationnement comportent une pluralité de nervures disposées parallèlement et ne contrariant pas la distribution de l'électrolyte vers les microcanaux.

9. Pile selon la revendication 1, dans laquelle les collecteurs de courant comportent des évidements destines à permettre l'acheminement du comburant des évidements destinés à permettre l'acheminement du comburant et du combustible, des nervures étant disposées dans lesdits évidements de manière à délimiter des canaux sensiblement verticaux alimentant les canaux définis par les cannelures.

10. Pile selon la revendication 9, dans laquelle entre les extrémités des nervures proches des parties conductrices les collecteurs comportent des picots, les extrémités des nervures proches des parties conductrices venant se superposer sur un même collecteur aux extrémités des nervures et aux picots.

11. Elément de pile, comprenant:
- une première et une deuxième électrodes, et un électrolyte remplissant un intervalle situé entre ces deux électrodes, - ladite première électrode étant assujettie à un cadre présentant un orifice central, une face dudit cadre comprenant des rainures permettant d'une part l'acheminement de l'électrolyte d'un orifice d'entrée vers une chambre de distribution communiquant avec un compartiment électrolytique et d'autre part l'évacuation de l'électrolyte vers un orifice de sortie, - un deuxième cadre s'étendant au regard dudit réseau, solidarisé audit premier cadre, ladite deuxième électrode étant fixée sur ce deuxième cadre.

12. Elément de pile selon la revendication 11, dans lequel ladite première électrode est une cathode et ladite deuxième électrode est une anode.

13. Pile à combustible comprenant une pluralité
d'éléments selon l'élément de pile défini dans la revendication 12, comprenant en outre:
- deux collecteurs de courant disposés de part et d'autre d'un élément de pile, chaque collecteur ayant une face cathodique et une face anodique, un premier collecteur venant par les sommets de sa face cathodique en contact électrique contre la surface externe de la cathode dudit un élément de pile et par sa face anodique en contact électrique contre la surface externe de l'anode d'un élément de pile adjacent, un deuxième collecteur venant par les sommets de sa face anodique en contact électrique contre la surface externe de l'anode dudit un élément de pile et par sa face cathodique en contact électrique contre la cathode d'un autre élément de pile adjacent, - un comburant gazeux circulant entre la cathode dudit un élément de pile et la face cathodique dudit premier collecteur dans des canaux formés par des cannelures présentes sur une partie centrale conductrice dudit premier collecteur, - un combustible gazeux circulant entre l'anode dudit un élément de pile et la face anodique dudit deuxième collecteur dans des canaux formés par des cannelures présentes sur une partie centrale conductrice dudit deuxième collecteur.

14. Pile selon la revendication 1 ou 13, dans laquelle les deux électrodes sont poreuses et presentent une forme plane et à faces parallèles.