CH416768A - Batterie compacte de piles à combustible à système oxydo-réducteurs intermédiaires - Google Patents

Description

  Batterie compacte de     piles    à combustible  à système     oxydo-réducteurs    intermédiaires    On sait qu'une pile à combustible est un dispo  sitif     électrochimique    capable de convertir directement  en énergie     électrique    l'énergie de combustion d'un  combustible par un oxydant.

   Dans certaines de ces  piles, on effectue directement l'oxydation électrochi  mique du combustible et la réduction électrochimique  de l'oxydant ; ces piles présentent des difficultés de  fonctionnement liées, à basse température, à la mau  vaise     cinétique    d'oxydation électrochimique de la plu  part des combustibles naturels et à la mauvaise ciné  tique de réduction électrochimique de l'oxygène qui  est l'oxydant le plus couramment utilisé, et, à haute  température, à de multiples phénomènes de corrosion  et de tenue des matériaux.

   Dans d'autres piles, dites  piles     rédox,    le combustible et l'oxydant ne sont pas  directement admis dans la pile, mais on utilise des  systèmes     oxydo-réducteurs    intermédiaires possédant  de meilleures caractéristiques électrochimiques que le  combustible et l'oxydant.  



  Chaque système     oxydo-réducteur    intermédiaire est  dissous dans un électrolyte qui circule sur une élec  trode sur laquelle s'effectue la réaction électrochimi  que, puis sort de la pile, et traverse un régénérateur  dans lequel est admis le combustible, ou l'oxydant,  qui réagit chimiquement sur le système     oxydo-réduc-          teur    intermédiaire de façon à lui restituer le degré  d'oxydation qu'il possédait avant la réaction électro  chimique. L'électrolyte porteur retourne alors dans la  pile et le cycle recommence.

   Les deux électrolytes  porteurs chacun d'un des systèmes     oxydo-réducteurs     sont séparés l'un de l'autre     dans    la pile par un  diaphragme capable d'empêcher     l'interdiffusion    des  composants des deux systèmes tout en laissant passer    facilement certains des autres ions présents de façon  à assurer le courant de migration ionique. Les mem  branes     échangeuses    d'ions présentent, pour la réali  sation des diaphragmes, de nombreux avantages, car  leur sélectivité à l'égard du signe, de la valence et  de la taille des particules présentes offre de nom  breuses possibilités de discrimination.

   Cette discri  mination entre les systèmes     oxydo-réducteurs    et les  autres ions présents est particulièrement     facilitée    si  l'on choisit comme systèmes     oxydo-réducteurs    des  composés organiques à poids moléculaire élevé. Avec  la pile     rédox,    la séparation des réactions électro  chimiques et des réactions chimiques d'oxydation du  combustible et de réduction de l'oxydant permet d'ef  fectuer chacune de celles-ci dans les conditions qui lui  conviennent le mieux.

   De plus, l'action de catalyseurs  dans la pile proprement dite est peu ou pas néces  saire, ce qui     permet    d'utiliser des combustibles indus  triels impurs avec lesquels on n'a pas à craindre  d'empoisonnement ou d'inhibition de la réaction  électrochimique, comme c'est le cas avec les élec  trodes à diffusion gazeuse très     utilisées    dans les piles  directes. La pile     rédox    permet également des den  sités de courant très élevées.  



  Une pile     rédox    comprend donc au moins, d'une  part, une pile proprement dite renfermant les deux  électrodes sur lesquelles circulent, séparés par un  diaphragme semi-perméable, les électrolytes porteurs  des systèmes     oxydo-réducteurs,    d'autre part, deux  régénérateurs reliés à la pile proprement dite par des  canalisations et des pompes convenables permettant  de faire circuler chaque électrolyte porteur entre une  des     demi-piles    et le régénérateur correspondant.

        La présente invention a pour objet une batterie  compacte de piles à     combustible    à systèmes     oxydo-          réducteurs        intermédiaires,    comprenant un grand nom  bre de piles élémentaires dont les composants sont  percés d'ouvertures qui constituent, dans l'empile  ment, un réseau de     canalisations    faisant correspondre  toutes les demi-piles homologues à un canal d'amenée  et à un canal de     sortie    uniques.

   Une telle batterie  de piles à combustible est caractérisée en ce que  chaque demi-pile se compose d'une électrode formée  d'une partie plane périphérique et d'une structure  centrale ouverte pressée entre un diaphragme     semi-          perméable    séparant les deux demi-piles d'une même  pile et un séparateur isolant deux piles élémentaires  consécutives.  



  La partie plane périphérique de chaque électrode  peut être insérée entre deux cadres qui ont un double  but, d'une     part    de réaliser l'étanchéité de l'espace       interne    de la structure ouverte de l'électrode, d'autre  part, d'assurer, par des échancrures, la mise en com  munication de cet espace     interne    avec les canalisa  tions qui correspondent à la demi-pile intéressée. La  structure ouverte de chaque électrode peut faire par  tie de la même pièce que la partie plane périphérique  ou bien lui être     rapportée.    L'épaisseur de la structure  ouverte des électrodes peut être égale à la somme  des épaisseurs de la partie plane périphérique et des  deux cadres.

   Chaque électrode peut posséder une  saillie de prélèvement de courant,     fixée    à la partie  plane périphérique. La     partie    centrale à structure  ouverte de chaque électrode peut être recouverte  d'un métal     électrochimiquement    plus convenable que  le métal de base. La partie plane périphérique de  chaque électrode peut se prolonger à l'extérieur par  une     partie        libre    formant ailette de refroidissement.  



  La     figure    unique du dessin annexé représente  schématiquement et à titre d'exemple une forme de       réalisation    d'une batterie de piles selon l'invention.  



  Sur la figure on a représenté successivement les  différents éléments qui composent une pile élémen  taire. Un séparateur 1, réalisé dans une feuille de  matière plastique, assure l'isolement de deux piles  élémentaires     consécutives    ; il est percé de deux fentes  horizontales 2 et 3 et de deux fentes verticales 4 et 5.

    A la suite du séparateur 1 se trouve un cadre 6  formé d'une feuille de matière plastique, qui présente  le même contour extérieur que le séparateur 1 et qui  est également percé de deux fentes     verticales    iden  tiques aux fentes     verticales    4 et 5 ; mais la partie  centrale de ce cadre est évidée suivant le contour       interne    7 constitué par deux lignes horizontales cor  respondant aux bords extérieurs des fentes 2 et 3  et deux     lignes        verticales    joignant les extrémités de  ces deux lignes horizontales. Une     électrode    8 est  insérée entre le cadre 6 et un cadre 9 identique au  cadre 6.  



  L'électrode 8 se compose d'une partie centrale  à structure     ouverte    10, réalisée en métal déployé ou  en     treillis        métallique,    et d'une partie plane périphé  rique 11. La partie centrale à structure ouverte 10    occupe une surface de mêmes     dimensions    que l'évi  dement 7 du cadre 6. L'épaisseur de la structure  ouverte 10 est égale à la somme des épaisseurs de  la partie plane 11 et des cadres 6 et 9. La partie  plane périphérique 11 est     recouverte    d'un vernis iso  lant, et est percée de deux fentes verticales 12 et 13  identiques aux fentes 4 et 5 du séparateur 1. Une  saillie 14 fixée à la partie plane 11 de l'électrode 8  permet le prélèvement du courant.

   La partie plane  périphérique 11 pourrait se prolonger à l'extérieur et       former    ainsi une ailette de refroidissement. A la suite  du cadre 9, se trouve une membrane semi-perméable  15 percée de quatre fentes, de la même façon que  le séparateur 1. L'électrode 8 et les cadres 6 et 9,  placés entre le séparateur 1 et la membrane 15 consti  tuent une demi-pile ; l'autre demi-pile correspondante  est constituée par une électrode 16 et deux cadres 17  et 18 placés entre la membrane 15 et un séparateur  19.

   L'électrode 16 est identique à l'électrode 8 mais  elle est     tournée    de     901),    autour de l'axe     longitudinal     de la batterie, par rapport à cette dernière, sauf en  ce qui concerne la saillie de prélèvement de courant  qui reste à la partie supérieure. De même, les cadres  17 et 18 sont     identiques    aux cadres 6 et 9, mais sont  placés dans une position tournée de la même façon  de 900 par rapport à celle de ces derniers. Le sépa  rateur 19 est identique au séparateur 1.

   Lorsque le  serrage de l'ensemble est réalisé, les     surépaisseurs     des structures ouvertes des électrodes viennent s'en  gager dans les évidements des deux cadres qui sont  respectivement placés de     part    et d'autre.  



  Une batterie complète     comporte    un grand nombre  de piles élémentaires identiques à celle comprise entre  les     séparateurs    1 et 19. L'ensemble de toutes les piles  élémentaires est serré entre deux blocs 20 et 21.  



  Il est facile de voir que, lorsque la batterie     est     montée, la coopération des fentes détermine deux  canaux horizontaux et deux canaux verticaux. Des  tubulures 22 et 23 communiquent avec les canaux  horizontaux et assurent la circulation de l'électro  lyte sur l'électrode 8 et sur les électrodes des     demi-          piles    homologues. De même, des tubulures 24 et 25  communiquent avec les canaux verticaux et assurent  la circulation de l'électrolyte sur l'électrode 16 et  sur les     électrodes    des demi-piles homologues.  



  La structure ouverte     constitue    la partie active de  l'électrode sur laquelle s'effectue la réaction électro  chimique ; elle permet de réduire les couches de dif  fusion, en obligeant le     liquide    électrolytique à suivre  un parcours tortueux, et en favorisant     l'établissement     d'un régime turbulent. Les     liquides    électrolytiques,  en plus de leur fonction électrochimique, servent de  fluides caloporteurs permettant d'évacuer commodé  ment hors de la batterie la chaleur dégagée     dans          celle-ci.  

Claims (1)

1. REVENDICATION Batterie compacte de piles à combustible à sys tèmes oxydo-réducteurs intermédiaires, comprenant un grand nombre de piles élémentaires dont les com- posants sont percés d'ouvertures qui constituent, dans l'empilement, un réseau de canalisations faisant cor respondre toutes les demi-piles homologues à un canal d'amenée et à un canal de sortie uniques,

   carac térisée en ce que chaque demi-pile se compose d'une électrode formée d'une partie plane périphérique et d'une structure centrale ouverte pressée entre un diaphragme semi-perméable séparant les deux demi- piles d'une même pile et un séparateur isolant deux piles élémentaires consécutives. SOUS-REVENDICATIONS 1.

   Batterie de piles selon la revendication, carac térisée en ce que la partie plane périphérique de chaque électrode est insérée entre deux cadres qui ont un double but, d'une part, réaliser l'étanchéité de l'espace interne de la structure ouverte de l'élec trode, d'autre part, assurer, par des échancrures, la mise en communication de cet espace interne avec les canalisations qui correspondent à la demi-pile intéressée. 2. Batterie de piles selon la revendication, carac térisée en ce que la structure ouverte centrale de chaque électrode fait partie de la même pièce que la partie plane périphérique. 3.

   Batterie de piles selon la revendication, carac térisée en ce que la structure ouverte centrale de chaque électrode est rapportée à la partie plane péri phérique. 4.. Batterie de piles selon la sous-revendication 1, caractérisée en ce que l'épaisseur de la structure ouverte de chaque électrode est égale à la somme des épaisseurs de la partie plane périphérique et desdits deux cadres. 5. Batterie de piles selon la revendication, carac térisée en ce que chaque électrode possède une saillie de prélèvement de courant, fixée à la partie plane périphérique. 6.

   Batterie de piles selon la revendication, carac térisée en ce que la partie plane périphérique de chaque électrode est recouverte d'un vernis isolant. 7. Batterie de piles selon la revendication, carac térisée en ce que la partie centrale à structure ouverte de chaque électrode est recouverte d'un métal pré sentant de meilleures propriétés électrochimiques que le métal de base. 8. Batterie de piles selon la revendication, carac térisée en ce que la partie plane périphérique de chaque électrode se prolonge à l'extérieur par une partie libre formant ailette de refroidissement.