FR2468221A1 - Procede et dispositif de fabrication d'une couche de charbon active liee par une matiere synthetique pour les electrodes minces de diffusion des gaz - Google Patents

Procede et dispositif de fabrication d'une couche de charbon active liee par une matiere synthetique pour les electrodes minces de diffusion des gaz Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de fabrication d'une couche de charbon activé liée par une matière synthétique. Pour la fabrication en continu d'électrodes de diffusion des gaz sous forme d'une feuille mince, on traite un mélange à sec de poudre de charbon activé et de poudre de polytétrafluoroéthylène en l'exposant pendant le processus de mélange, dans un mélangeur à aubes 1, à l'action intense de couteaux 6 très acérés et tournant très rapidement. Le mélange est alimenté dans le broyeur à aubes 1 par le conduit d'alimentation 2 et en plus de l'action des aubes 3, il est traité par les couteaux 6 de la tête porte-couteaux 5. On dispose au niveau du conduit de décharge 8, d'un mélange parfaitement homogène et bien réparti. L'invention s'applique à la fabrication des électrodes minces de diffusion des gaz pour les éléments combustibles.

Description

La présente invention se rapporte à un procédé et un dispositif de
fabrication d'uzm couche de charbon activé liée par une matière synthétique pour les électrodes minces de diffusion des gaz, notamment pour les-électrodes à air. Comme matière active pour constituer des électrodes de diffusion des gaz dans les piles combustibles, notamment pour la construction des électrodes à air il s'est avéré jusqu'à présent judicieux d'utiliser de la poudre de-charbon activé qui est pressée ou comprimée à l'aide de rouleaux sur un réseau métallique de conducteurs
dans un mélange avec un liant organique.
La préparation du mélange de charbon activé et de liant était réalisée auparavant, d'une manière relativement compliquée, dans une préparation dite mouillée et le charbon activé était introduit dans une solution du liant réalisée dans un solvant organique pour y être mélangé jusqu'à ce qu'après évaporation du solvant, on dispose d'une masse homogène qui après avoir été pressée sous atmosphère inertedevait à nouveau être séchéapour éliminer
l'humidité restante.
Par les brevet américains 3 457 113 et 3 706 601, il est connu de réaliser l'introduction du liant, par exemple du polytétrafluoroéthylène soit par l'intermédiaire d'une dispersion aqueuse soit par l'intermédiaire d'un solvant organique. Dans ce procédé, l'élimination ultérieure de l'eau demande des temps de séchage assez longs et des températures de séchage élevéescomprises entre 60 et 1001C, ce qui constitue un obstacle à la fabrication en série des électrodes. Dans le cas de dispersionsaqueuse$ il faut d'autre part éliminer les agents mouillar.tsprévus qui sont la plupart du temps formés de polyéthers à température d'ébullition élevée, cette élimination s'effectuant à
des températures d'environ 2400C.
Dans-ce domaine, un progrès a été obtenu suivant la publication de la demande de brevet allemand avant examen 2 161 376 étant donné que dans ce casla matière active
est mélangée à sec à de la poudre de polytétrafluoroéthylène.
Le mélange sec est immédiatement pressé sur l'armature de support métallique. On évite ainsi tout traitement thermique dans le but de plastifier la matière synthétique afin
de rendre l'électrode plus rigide.
Le procédé connu par la publication de la demande de brevet allemand avant examen 2 161 373, apporte l'avantage d'une simplification technique. D'autre part, étant donné que l'on n'applique plus des températures de travail très élevées, on obtient des électrodes présentant une bonne activité électrochimique puisqu'une surface trop importante des particules de masse n'est pas couverte par le liant plastifié. Tous les mélanges à sec utilisés jusqu'à maintenant présentent cependant l'inconvénient d'avoir fortement tendance à coller et à faire des grumeaux et que, lorsque le déversement.de poudre est directement laminé dans le réseau de conducteur, les irrégularités mêmes extrêmement faibles dans l'application,ont tendance à provoquer
fréquemment des différences dans le tassement de la masse.
La présente invention a donc pour but d'indiquer un procédé de fabrication d'électrodes de diffusion des gaz3minces et hydrophobes, qui permet largement de supprimer les inconvénients précités et convient à une fabrication
en continu desdites électrodes.
Conformément à l'invention, ce but est obtenu par le fait qu'un mélange à sec de charbon activé et de poudre de polytétrafluoroéthylène, avant laminage ou pressage, est traité dans un mélangeur à aubes en étant exposé, en plus d'un effet de répartition intense, à des couteaux aiguisés tournant très rapidement et disposés sur une tête porte-couteaux, le polytétrafluoroéthylène étant au moins partiellement vaporiséde manière provisoire. Pour la
poursuite du traitement du mélange à sec dans une installa-
tion de laminage et pour la qualité du produit fini, le début du procédé de mixage précité est d'une importance capitale. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts,
caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparal-
tront plus clairement au cours de la description explicative
qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 montre un mélangeur à aubesconforme à l'invention; et
- la figure 2 représente schématiquement une installa-
tion de laminage pour la fabrication en série des électrodes
de diffusion des gaz, cette installation faisant immédiate-
ment suite au mélangeur précité.
Le mélangeur 1 illustré à la figure 1 est alimenté par le conduit d'alimentation 2 en charbon activé et en poudre de polytétrafluoroéthylène suivant un rapport en poids de 5:1, avantageusement 3:1 à 2:1 suivant la présente invention, les composants pouvant être amenés soit séparément soit sous forme d'un mélange grossier. Après mise en marche des aubes 3 du mélangeur, qui sont entratnées dans deux plans par un moteur d'entraînement 4 en tournant à une vitesse d'environ 80 t/mn, les couteaux 6 très acérés et tournant très rapidement d'une tête porte-couteaux entrainéepar un moteur 7, interviennent dans le processus de mélange. La vitesse de rotaticndes couteaux 6 doit être, suivant la présente invention, d'au moins 15 m/sec, avantageusement 25 m/sec ou plus. Ces chiffres sont par - exemple obtenus avec des couteaux de 150 mm de diamètre ou de longueur lorsque la vitesse de rotation du moteur 7 est d'environ 3000 t/mn. A cette vitesse élevée, les lames des couteaux viennent buter sur les particules du mélange avec une telle intensité que les agglomérations de polytétrafluoroéthylène encore présentes sont réduites en des particules extrêmement fines. A cette occasion,
il se produit une évaporation partielle du polytétrafluoro-
éthylène qui vient se déposer en d'autres endroits sur les particules de charbon activé. Au bout de 8 à13 heures de traitement continu suivant la présente invention, on peut prélever par le conduit de décharge 8 un mélange parfaitement homogène avec un degré de répartition extrêmement élevé. Pour un agrandissement de 18 fois, on ne
doit plus pouvoir reconnaître les particules de polytétra-
fluoroéthylène. La poursuite du traitement du mélange 9 fini s'effectue en installation de laminage illustré à la figure 2. Le mélange parvient à cette installation à partir du
réservoir de réserve 10 qui comprend un système d'entraine-
ment 11 pour l'acheminement de la poudre, il tombe tout d'abord dans un broyeur à barres 12 qui, à l'aide d'un disque 13 tournant très rapidement s'oppose à la tendance du mélange à coller et à former des grumeaux et assure qu'un mélange parfaitement pulvérulent sera amené au puits
d'entrée 14 des rouleaux 15.
Les rouleaux 15 laminent la masse active librement déversée en une feuille mince 16 dont l'épaisseur varie
entre 0,15 et 0,22 mm, avantageusement 0,16 à 0,18 mm.
Le poids par unité de surface de la feuille réalisée est
de 15 mg/cm2.
Ensuite, la feuille passe sur un patin de glissement 17 et elle est conduite, en même temps que l'on amène un ruban de tissu métallique 18, dans un second ensemble de rouleaux 19. La feuille est alors fortement comprimée à l'intérieur des mailles du tissu métallique. Le ruban de tissu métallique est prélevé d'une bobine 20 comprenant
un frein 21 et tendu à l'aide des galets de freinage 22.
Le ruban 23 fini servant à former des électrodes et quittant l'ensemble de rouleaux 19 est ensuite enroulé sur une bobine 27 après avoir passé un dispositif 24 servant à ébarber ses bords ainsi qu'un rouleau de renvoi 25 et un rouleau redresseur 26. Un moteur 28 assure l'entraînement des groupes 15 et 19 de rouleaux ainsi que celui de la bobine 27. Grâce au procédé conforme à l'invention et à l'aide du dispositif qui vient d'être décrit, on évite toute alimentation irrégulière du réseau de conducteurs avec la matière active lorsque cette dernière est appliquée en une seule opération sous forme d'un déversaient de poudre. Ce nouveau procédé permet également d'éviter les risques qui étaient liés jusqu'à présent au compactage irrégulier de la masse active dans le ruban d'électrode et
qui avaient pour conséquence, notamment lors de la fabri-
cation d'électrodes très minces, que le conducteur forme.
des ondulations ou même se déchire.
Bien entendu l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre dtexemple. En particulier elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en òuvre dans le
cadre de la protection comme revendiquée.
R E V E N D I C AT I 0 N S
1. Procédé de fabrication d'une couche de charbon activé liée par une matière synthétique pour les électrodes
de diffusion des gaz, notamment pour les élec-
trodes à air, caractérisé en ce qu'un mélange sec de charbon activé et de poudre de polytétrafluoroéthylène est traité, avant laminage ou pressage, dans un mélangeur
(1) à aubesen étant exposé, en plus de l'effet de réparti-
tion intense, aux couteaux (6) aiguisés et tournant très
rapidement d'une tête porte-couteaux (5), le polytétrafluo-
roéthylèr étant alors au moins partiellcment et provisoire-
ment vaporisé pour se redéposer sur des particules de
charbon activé.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de rotation des couteaux (6) est d'au moins 15 m/sec et s'élève notamment à environ 25 m/sec
ou plus.
3. Procédé selon la revendication I ou 2, caractérisé
en ce que le rapport en poids du charbon activé au poly-
tétrafluoroéthylène s'élève, dans le mélange sec précité,
à 5:1-1:1 en étant notamment compris entre 3:1 et 2:1.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que le mélange fini(9)est laminé au moyen de cylindres (15) en une feuille mince et en ce que ladite feuille est ensuite pressée dans un ensemble de cylindres presseurs (19), à l'intérieur d'un ruban en tissu métallique (18).
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4,
caractérisé en ce que la feuille sortant des rouleaux (15) précités présente pour un poids de 15 mg/cm2 environ par unité de surface, une épaisseur de 0,15 à 0,20 mm,
notamment 0,16 à 0,18 mm.
6. Dispositif servant à l'exécution du procédé selon
l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il
est formé d'un mélangeur à aubes(1) comprenant des aubes (3) tournant dans des plans différents et en ce qu'entre
2468221'
deux plans desdites aubes, on a prévu une tête porte-
couteaux (5) équipée de couteaux (6) aiguisés tournant
très rapidement.
7. Dispositif servant à l'exécution du procédé selon
l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'en
aval du mélangeur à aubes(1), on a prévu une installation de laminage qui est formée de rouleaux pour la poudre (15) avec un puits d'alimentation (14) et un broyeur à barres (12) prévu en aval, ainsi que d'un ensemble de rouleaux presseurs (19) servant à recevoir simultanément la feuille (16) fabriquée par les rouleaux (15) ainsi que le ruban
de tissu métallique (18) précité.
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