FR2564251A1 - Perfectionnements aux structures des piles a combustible - Google Patents

Abstract

LA PILE EST CONSTITUEE PAR UNE PLURALITE D'ELEMENTS DISPOSES EN CONTACT ELECTRIQUE LES UNS AVEC LES AUTRES, CHAQUE ELEMENT COMPORTANT DEUX ELECTRODES POREUSES, UN ELECTROLYTE REMPLISSANT L'INTERVALLE SITUE ENTRE LESDITES ELECTRODES ET DEUX COLLECTEURS DE COURANT BIPOLAIRES IMPERMEABLES. L'UNE DES ELECTRODES 2 EST ASSUJETTIE A UN CADRE 3 PRESENTANT UN ORIFICE CENTRAL. UNE FACE DUDIT CADRE 3 COMPORTE DES RAINURES 11 PERMETTANT D'UNE PART L'ACHEMINEMENT DE L'ELECTROLYTE D'UN ORIFICE D'ENTREE 8A VERS UNE CHAMBRE DE DISTRIBUTION 12 COMMUNIQUANT AVEC LE COMPARTIMENT ELECTROLYTIQUE ET D'AUTRE PART L'EVACUATION DE L'ELECTROLYTE VERS UN ORIFICE DE SORTIE 8B. L'ETANCHEITE DU RESEAU DE DISTRIBUTION D'ELECTROLYTE SUR LE CADRE 3 EST ASSUREE PAR UN CADRE ISOLANT 55 S'ETENDANT AU REGARD DUDIT RESEAU, SOLIDARISE AU CADRE 3 ET SUR LEQUEL EST FIXEE LA SECONDE ELECTRODE 1.

Description

Perfectionnements aux structures des piles à combustible 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 préférence plane et à

faces parallèles, une cathode et une anode, comportant chacune un cata-

lyseur spécifique,

- un électrolyte remplissant l'intervalle situé entre lesdites électro-

des, - 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 élé-

ment 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 par-

ties 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, et réalisé de préférence en un maté-

riau plastique isolant, les parties inférieure et supérieure dudit cadre

comportant des orifices pour l'acheminement à travers la pile du combus-

tible et de l'électrolyte correspondants aux orifices prévus sur les

collecteurs, des moyens étant prévus sur une face dudit cadre pour per-

mettre l'acheminement de l'électrolyte d'un desdits orifices pour

l'acheminement de l'électrolyte, dit orifice d'entrée, vers un compar-

timent électrolytique situé entre les deux électrodes et dudit compar-

timent vers un autre orifice pour l'acheminement de l'électrolyte, dit orifice de sortie, lesdits moyens comportant des rainures débouchant -2-

dans des parties évidées formant chambres de répartition et de distri-

bution et de collationnement d'électrolyte disposées sur les parties inférieure et supérieure du cadre le long de deux cotés opposés de l'orifice central et communiquant avec le compartiment électrolytique 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 distribution et en lui donnant des dimen-

sions 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 o l'électrolyte circule en perma-

nence en étant distribué 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 diffé-

rents constituants.

La présente invention permet de remédier à de tels inconvénients.

La pile conforme à la présente invention, du type précité, est caractérisée par le fait qu'un second cadre, réalisé de préférence en un matériau plastique isolant, présentant un contour identique au premier cadre sur lequel est assujettie la première électrode et des orifices

d'acheminement de combustible et d'électrolyte correspondant à ceux pré-

vus sur ledit premier cadre est appliqué par une face plane sur la face du cadre présentant les rainures et les chambres de répartition et de distribution et de collationnement de l'électrolyte et solidarisé à ce cadre de manière à assurer l'étanchéité du réseau de distribution de l'électrolyte, la seconde électrode étant assujettie sur l'autre face du second cadre, le compartiment électrolytique étant alors défini par les

électrodes et les orifices centraux des deux cadres.

Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la face -3-

du second cadre sur laquelle est assujettie la seconde électrode pré-

sente préférentiellement 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 face de ce second cadre, la face du premier cadre sur laquelle est assujettie la première

électrode présentant également préférentiellement au voisinage de l'ori-

fice central une partie en retrait de hauteur correspondant sensiblement à l'épaisseur de ladite premiere électrode de manière que cette

dernière, après assujettissement audit premier cadre, ne déborde pas au-

dessus de la face de ce premier cadre.

Selon un mode d'exécution, 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.

Avantageusement, les fonds des rainures et des chambres de répar-

tition et de distribution et de collationnement comportent des moyens, tels que picots ou nervures, affleurant le plan de la face du premier cadre et destinés à maintenir l'écartement 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'invention ressortiront

de la description qui va suivre et du dessin annexé dans lequel

La figure 1 est une vue éclatée de plusieurs constituants 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 1.

La figure 4 est une vue d'une face de l'ensemble formé par l'assem-

blement 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 eat une coupe agrandie de la figure 4 selon la - 4 -

ligne VI-VI.

La figure 7 est une vue de l'autre face de l'ensemble de la

figure 4.

La figure 8 est une vue d'une face d'un collecteur de courant bipolaire. La figure 9 est une vue de l'autre face du collecteur de courant de

la figure 8.

La figure 10 est une coupe partielle agrandie selon la ligne X-X de

la figure 8.

La figure 11 est une représentation partielle en perspective et

agrandie du détail XI de la figure 8.

La figure 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 figure 14 représente très schématiquement en perspective une

pile conforme à l'invention.

Sur les figures, les références 1 et 2 désignent les électrodes poreuses entrant dans la constitution d'un élément d'une pile conforme à

l'invention.

Dans le mode de réalisation décrit et représenté, l'anode, en contact par une face avec l'électrolyte et par l'autre face avec un combustible gazeux est désignée par la référence 1; la cathode, en contact par une face avec l'électrolyte et par l'autre face avec un

comburant gazeux est désignée par la référence 2.

Ces électrodes peuvent être à base de carbone et d'une matière plastique, par exemple de polytétrafluorétylène et comporter chacune un

catalyseur spécifique.

A titre illustratif et nullement limitatif, ces électrodes peuvent

présenter une structure souple ainsi que décrit dans le brevet fran-

çais n 79 25 879 du 18 Octobre 1979. Elles peuvent avoir été réalisées, en particulier, par les procédés décrits dans les brevets no 79 25 877

et 79 25 878 déposés également le 18 Octobre 1979.

Dans l'exemple représenté, la cathode 2 est assujettie à un

cadre 3 présentant un orifice central 4 en forme de quadrilatère.

Le cadre 3 est avantageusement en matière plastique isolante, par

exemple à base de polypropylène, chlorure de polyvinyle, acrylonitrile-

butadiène-styrène, polyéthylène, polystyrène, polysulfones....

Son épaisseur peut être de l'ordre de 0,2 à 5 mm et de préférence de 0,5 à 1,5 mm.

Dans l'exemple représenté l'orifice central est carré.

Les parties inférieure 5 et supérieure 6 du cadre 3 sont munies d'orifices 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 circulation de l'électrolyte dans la pile

et à son acheminement dans le compartiment électrolytique.

L'orifice 8B sert à l'évacuation de l'électrolyte du compartiment

électrolytique et à sa circulation dans la pile.

La référence 9 désigne des orifices pouvant être utilisés par exemple pour le centrage des composants lors de l'assemblage 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'orifice 8A vers l'orifice central 4

et de celui-ci vers l'orifice 8B.

Ces moyens comportent des rainures 11 débouchant dans des parties

évidées formant chambres de répartition et de distribution et de colla-

tionnement d'électrolyte 12 disposées sur les parties inférieure 5 et

supérieure 6 du cadre 3 le long de deux cotés opposés de l'orifice cen-

tral et communiquant avec le compartiment électrolytique au moyen d'une pluralité de microcanaux parallèles 13 délimités par des nervures 14,

comme cela apparait clairement sur la figure 2.

Les sommets des nervures 14 affleurent la face 10 du cadre 3.

Les rainures 11 présentent de préférence un parcours allongé et une faible section. Il est en effet important d'allonger le parcours et de rétrécir la section de l'électrolyte entre les orifices d'admission et d'évacuation et le compartiment électrolytique dans le cas des piles o l'électrolyte est distribué en parallèle aux éléments de façon à créer une résistance élevée de shuntage entre éléments et diminuer autant que - 6- faire se peut la perte énergétique correspondante. Par ailleurs, le cheminement de l'électrolyte dans un canal de faible section et de grande longueur, ayant une perte de charge définie et élevée par rapport à celle des compartiments 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 situé, par rapport aux orifices 8A et 8B, au

delà de l'orifice central 4 délimitant le compartiment électrolytique.

Cette disposition en U permet de doubler le parcours sans accroître significativement les dimensions des composants. Elle permet aussi: d'interrompre, si on le désire, la circulation de l'électrolyte tout en maintenant le compartiment rempli - de faire circuler, si on le désire, l'électrolyte de bas en haut dans le compartiment tout en évitant, en cas d'entrée 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 compartiment électrolytique, la largeur de la

rainure pouvant varier de 0,5 mm à 10 mm.

L'étanchéité du réseau de distribution de l'électrolyte, compre-

nant sur le cadre 3 les rainures 11, les chambres 12 et les microca-

naux 13 est assurée 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 orifices 7, 8A, 8B et 9 prévus sur ledit cadre 3. Il présente également un orifice central 71 correspondant à l'orifice central 4 du cadre 3. L'épaisseur 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 constituant 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 des rainures 11 et des chambres de répartition et de

256425I

-7- distribution et de collationnement d'électrolyte 12 comportent des moyens, tels que picots ou nervures, affleurant le plan de la face du cadre 3 et destinés notamment à maintenir l'écartement entre le cadre 55 et lesdits fonds et à régulariser l'alimentation en fluides. Ainsi dans l'exemple représenté une nervure 16 est disposée dans les rainures 11,

tout le long de celles-ci.

Par ailleurs, les chambres 12 comportent une pluralité de nervu-

res 17, disposées parallèlement et ne contrariant pas 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 nervures, à la place de picots, permet de dimi-

nuer les risques de perforations du film mince.

L'anode 1 est assujettie au cadre 55.

Le compartiment électrolytique 64 est défini par les deux élec-

trodes 1 et 2 et par les cadres 3 et 55. A l'intérieur de ce compartiment il est possible de disposer un séparateur constitué par exemple par une

feuille poreuse gaufrée.

Sur la face 72 opposée à la face 10, la partie du cadre 3 délimi-

tant l'orifice central 4 et sur laquelle est assujettie la cathode 2 présente un retrait 60 de manière que la cathode 2 ne déborde pas audessus de la face du cadre 3, après assujettissement au cadre 3 au

niveau de cette partie en retrait 60.

Par contre, la face 10 du cadre 3, ne supportant pas d'électrode mais sur laquelle s'applique le cadre 55 ne présente pas de partie en retrait. Cette structure est particulièrement apparente au niveau de la figure 2, o l'on peut constater également que les nervures 14, qui

délimitent les microcanaux 13, affleurent le plan de la face du cadre 3.

Il en est de même des nervuires 16 et 17.

La figure 3 représente la face 57 du cadre 55 opposée à celle 56 représentée sur la figure 1. Cette face 57, qui vient porter sur la face du cadre 3 présentant le réseau de distribution de l'électrolyte est

plane, et ne comporte pas de partie en retrait.

Par contre l'autre face 56 du cadre 55, sur laquelle est assu-

8 - jettie l'anode 1, présente autour de l'orifice central un retrait 70 de manière que l'anode 1 ne déborde pas au dessus de la face du cadre 55 après assujettissement au cadre 55 au niveau de cette partie en

retrait 70.

Les figures 4, 5, 6 et 7 sont relatives à l'ensemble 40 formé par l'assemblement des différents constituants représentés sur la figure 1, à savoir les électrodes 1 et 2 et les cadres 3 et 55. La figure 4 montre la face de l'ensemble 40 alimenté par le combustible, la figure 7 celle

alimentée par le comburant.

Sur la figure 7, on peut constater que les parties inférieure et

supérieure du cadre 3 comportent, entre les orifices 7, des évide-

ments 22 permettant d'accrottre en combinaison avec des évidements ou

rainures correspondant prévus dans les collecteurs de courant, les sec-

tions d'entrée et de sortie de comburant dans l'élément. Ces évide-

ments 22 apparaissent également sur les figures 1 et 2. A l'intérieur de ces évidements 22 on peut disposer, ainsi que cela est représenté sur la

figure 7 des nervures longitudinales 61 délimitant des canaux verticaux.

Les figures 8 à 12 sont relatives aux collecteurs de courant. Il s'agit de collecteurs de courant bipolaires imperméables comportant au moins une zone centrale conductrice, portant des cannelures sur chacune

des faces desdits collecteurs, les parties inférieure et supérieure des-

dits collecteurs, situées de part et d'autre de la zone centrale conduc-

trice, étant munies d'orifices pour la circulation de l'électrolyte et

du combustible à travers la pile.

Dans l'exemple représenté les collecteurs de courant sont désignés par la référence 23. Ils comportent une zone centrale conductrice 24 de

forme correspondant à celle des électrodes 1 et 2, entourée sur sa péri-

phérie d'une zone isolante 25. Les parties supérieure 26 et infé-

rieure 27 de la zone isolante 25 sont munies d'orifices 28, 29A, 29B et

30 correspondant respectivement aux orifices 7, 8A, 8B et 9.

Sur chacune des faces 31 et 32 du collecteur, la zone centrale

conductrice 24 est munie de cannelures définissant des canaux de direc-

tion moyenne verticale pour la circulation des flux gazeux.

Dans l'exemple représenté, les cannelures 33 sont verticales;

ellesdéfinissent des canaux 34 également verticaux. Le réseau des can-

9- nelures et des canaux peut être obtenu par utilisation d'un support ondulé ainsi que représenté sur la figure 12, mais il 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 configu-

ration. Le pas et la profondeur des cannelures (done des canaux) peuvent

être compris entre 0,2 et 5 mm et de préférence entre 0,5 et 1,5 mm.

La face 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 exemple de l'hydrogène.

Les parties supérieure 26 et inférieure 27 de la face 31 eatho-

dique du collecteur sont munies de rainures ou évidements tels que 35 communiquant avec l'extérieur et permettant l'alimentation de ladite face cathodique du collecteur par le comburant 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 importantes avec un comburant tel que l'air

atmosphérique en raison du débit très élevé nécessaire.

Les parties supérieure et inférieure de la face 32 du collecteur

sont munies de rainures ou évidements tels que 36 permettant l'alimen-

tation en combustible de la face anodique du collecteur à partir des orifices d'acheminement 28 ainsi que l'évacuation du combustible. Des moyens de répartition des flux sont disposés dans lesdites rainures et

évidements 35 et 36.

Ces moyens sont constitués par des nervures allongées, formant des canaux de répartition, la face supérieure des nervures affleurant le plan de la face du collecteur portant les rainures et évidements et servant de ce fait à maintenir l'écartement entre le fond du collecteur supportant les nervures et les constituants adjacents de la pile. Les

canaux ainsi formés sont sensiblement verticaux.

Il s'ensuit que, les canaux délimités par les cannelures sur les parties conductrices du collecteur présentant également une direction moyenne verticale sur la figure, les flux de comburant et de combustible

- 10 -

conservent sensiblement la même direction verticale tout le long des

faces du collecteur.

Comme on peut le constater en se reportant sur la figure 12, les orifices d'alimentation en combustible 28 présentant une forme oblongue, les rainures ou évidements 36 permettant l'acheminement du combustible débouchent au voisinage des parties desdits orifices oblongs situées le

plus près de la zone centrale conductrice 24 du collecteur 23. Les ner-

vures de répartition de combustible définissent un réseau s'évasant

depuis lesdits orifices 28 vers la partie conductrice 24 du collecteur.

Des nervures 37 situées au voisinage des orifices 28 définissent des

canaux alimentant eux mêmes un plus grand nombre de canaux intermé-

diaires définis par des nervures 38, de longueur plus 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 empilements importants d'éléments en ayant de faibles pertes de charge du gaz dans les canaux de circulation communs à tous les éléments. Il permet en outre un meilleur drainage des liquides parasites vers la partie inférieure des canaux oblongs inférieurs sans gêner

l'écoulement du gaz résiduel.

Comme on peut le constater en se reportant sur la figure 11, les

nervures de répartition 39 du flux de comburant sont allongées et défi-

nissent des canaux de répartition, sensiblement verticaux sur la figure s'élargissant dans leur partie adjacente à la partie conductrice du collecteur. Le parcours du comburant le long de la face cathodique du

collecteur est quasiment rectiligne, sans changement de direction signi-

ficatif et sans obstacle. Entre les extrémités des nervures 39 situées

au voisinage de la partie conductrice 24 on peut disposer des picots 62.

Les canaux de répartition débouchant de plus sur tout le c8té horizontal de la partie conductrice 24 du collecteur, on obtient une

excellente répartition du comburant au niveau de la face cathodique.

Pour des raisons semblables, il en est de même pour le combustible

au niveau de la face anodique.

Avantageusement, au voisinage de la partie conductrice 24 les

- 11 -

extrémités des nervures 38 se superposent aux extrémités des nervures 39 et aux picots 62 de manière à assurer un meilleur maintien de ces zones des collecteurs 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 avantageusement constitués par le même matériau synthétique isolant, ce qui, bien entendu, permet d'améliorer

la solidarisation entre ces pièces.

Comme indiqué précédemment, ces pièces peuvent ainsi être consti-

tués à partir de polypropylène, polyéthylène, chlorure de polyvinyle,

acrylonitrile-butadiène-styrène, polysulfones, polystyrène,....

Ces matériaux peuvent comporter une charge appropriée, par exemple une matière inerte telle que du talc, en vue de modifier leur propriétés mécaniques et thermiques et particulièrement 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 constituées par du polypropylène chargé de talc, par exemple de 5 à 90% de talc et de

préférence entre 35 et 45%.

La partie centrale conductrice des 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 graphite, de carbone, un noir de four, un noir d'acétylène, des fibres de carbone, de graphite, ou un mélange de ces différents corps. A titre d'exemple elle pourrait être constituée par du polypropylène chargé de noir de carbone par exemple de 10à 90% et de préférence de 30 à %.

Le cadre et les collecteurs peuvent être réalisés par thermocom-

pression, par moulage par injection.

Ce dernier procédé est particulièrement avantageux dans le cas de la réalisation des collecteurs de courant car on introduit simultanément à l'état fluide dans le moule les matières 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

- 12 -

discontinuité entre les deux zones. En outre ce procédé est particuliè-

rement économique.

La figure 13 est une vue éclatée d'un élément de pile conforme à l'invention. La référence 40 désigne l'ensemble de constituants représenté sur la figure 7 et qui comprend le cadre 3 supportant l'électrode 2 et le cadre 55 supportant l'électrode 1. De part et d'autre de cet ensemble, on dispose deux collecteurs de courant tels que décrits précédemment. Un premier collecteur 23' vient par les sommets de sa face cathodique 31', en contact électrique contre la surface externe de la cathode (non vue) et par sa face anodique en contact électrique contre la surface externe

de l'anode d'un élément adjacent (non représenté). 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" en contact électrique contre la cathode de l'autre élément

adjacent (non représenté).

Un comburant gazeux, par exemple l'air, circule entre la cathode de l'ensemble 40 et la face cathodique 31' du collecteur 23' dans les canaux définis par les cannelures présentes sur la partie centrale

conductrice 24' du collecteur 23'.

Un combustible gazeux, par exemple l'hydrogène, circule entre l'anode 1 et la face anodique du collecteur 23" dans les canaux définis par les cannelures présentes sur 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

soudage, collage, etc...

Toutefois, il peut être avantageux de conserver non solidarisée une zone périphérique, en forme de couronne, des électrodes, de manière à conserver des possibilités de dilatations différentielles pour éviter des ruptures ou des fissurations des électrodes lors du montage et du fonctionnement. La figure 14 représente une pile conforme à l'invention réalisée

*- 13 -

par assemblage d'une pluralité d'éléments tels que représentés sur la

figure 16.

La référence 50 désigne la pile ainsi constituée, les plaques

d'extrémités étant désignés par les références 51 et 52. Les référen- ces 53 et 54 désignent les bornes terminales reliées chacune à un des

collecteurs d'extrémité termiant l'empilement.

Selon un mode de réalisation ce collecteur d'extrémité peut se

différencier des 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 faible épaisseur et de surface au

moins égale à celle de la zone active dudit collecteur, préférentielle-

ment en forme de feuille, de grille, de déployé ou de dép8t, appliqué

contre cette face ou incorporé à celle-ci.

Cet élément métallique peut comporter un prolongement latéral

auquel sera reliée la borne.

Les orifices d'introduction et d'évacuation d'électrolyte dans la

pile sont désignés par les références 56 et 57, alors que les référen-

ces 58 et 59 désignent les orifices d'introduction et d'évacuation de

combustible gazeux.

Les orifices par lesquels le comburant pénètre dans la pile appa-

raissent clairement sur la figure. Ces orifices 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 assujetties les électrodes 2.

Les nervures 61 prévues dans les évidements 22 correspondent aux

nervures 39 prévues dans les évidements 35 et l'association de ces ner-

vures, qui portent les unes sur les autres assure le maintien de 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 été donnés qu'à tire d'exem-

ples.

- 14 -

Claims (7)

REVENDICATIONS

1/ Pile à combustible du type constituée par une pluralité d'éléments disposés en contact électrique les uns avec les autres, chaque élément comportant: - deux électrodes poreuses présentant une forme de préférence plane et à

faces parallèles, une cathode et une anode comportant chacune un cata-

lyseur spécifique,

- un électrolyte remplissant l'intervalle situé entre lesdites élec-

trodes, - 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 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 circu-

lation 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, réalisé de préférence en un matériau plastique isolant, 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'achemi-

nement 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

- 15 -

évidées formant chambres de répartition et de distribution et de colla-

tionnement d'électrolyte, disposées sur les parties inférieure et supé-

rieure du cadre le long de deux cotés opposés de l'évidement central et

communiquant avec le compartiment électrolytique au moyen d'une plura-

lité de microcanaux parallèles délimités par des nervures, ladite pile

étant caractérisée par le fait qu'un second cadre (55), réalisé de pre-

férence en un matériau plastique isolant, présentant un contour iden-

tique au premier cadre (3) sur lequel est assujettie la première élec-

trode (2) et des orifices d'acheminement de combustible et d'électrolyte (67, 68A, 68B) correspondants à ceux prévus (7, 8A, 8B) sur ledit premier cadre (3) est appliqué par une face plane (57) sur la face (10) du premier cadre (3) présentant les rainures (11) et les chambres (12) de répartition et de distribution et de collationnement de l'électrolyte et solidarisé à ce cadre (3) de manière à assurer l'étanchéité du réseau

de distribution de l'électrolyte, la seconde électrode (1) étant assu-

jettie sur l'autre face (56) du second cadre (55), le compartiment élec-

trolytique (64) étant défini par les électrodes (1, 2) et les orifices

centraux des deux cadres (3, 55).

2/ Pile selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la face (56) du second cadre (55) sur laquelle est assujettie la seconde électrode (1) présente au voisinage de l'orifice central (71) une partie en retrait (70) de hauteur correspondant sensiblement à l'épaisseur de

ladite seconde électrode (1) de manière que cette dernière, après assu-

jettissement audit second cadre (55), ne déborde pas au-dessus de la face (56) de ce second cadre (55), la face (72) du premier cadre (3) sur laquelle est assujettie la première électrode (2) présentant également au voisinage de l'orifice central (4) une partie en retrait (60) de hauteur correspondant sensiblement à l'épaisseur de ladite première électrode (2) de manière que cette dernière, après assujettissement audit premier cadre (3), ne déborde pas au-dessus de la face de ce

premier cadre (3).

3/ Pile selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait

que sur le premier cadre (3) les parcours des rainures (11) reliant les orifices d'entrée et de sortie d'électrolyte (8A, 8B) aux chambres de répartition (12) et de distribution et de collationnement ont une forme

- 16 -

en U, le fond des U étant situé, par rapport auxdits orifices, au delà de

l'orifice central (4) délimitant le compartiment électrolytique.

4/ Pile selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait

que les fonds des rainures (11) et des chambres (12) de répartition et de distribution et de collationnement comportent des moyens (16, 17), tels que picots ou nervures, affleurant le plan de la face (10) du premier cadre (3) et destinés à maintenir l'écartement entre le second

cadre (55) et lesdits fonds.

/ Pile selon la revendication 4, caractérisée par le fait qu'au moins

une nervure (16) est disposée dans les rainures (11), tout le long des-

dites rainures.

6/ Pile selon la revendication 4, caractérisée par le fait que les chambres (12) de distribution et de répartition et de collationnement comportent une pluralité de nervures (17) disposées parallèlement et ne

contrariant pas la distribution de l'électrolyte vers les microcanaux.

7/ Pile selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait

que les collecteurs de courant-23 comportant des évidements (35, 36) destinés à permettre l'acheminement du comburant et du combustible, des nervures (39, 38) sont disposées dans lesdits évidements (35, 36) de manière à délimiter des canaux sensiblement verticaux alimentant les

canaux (34) définis par les cannelures.

8/ Pile selon la revendication 7, caractérisée par le fait qu'entre les extrémités des nervures (39) proches des parties conductrices (24) les

collecteurs (23) comportent des picots (62), les extrémités des nervu-

res (38) proches des parties conductrices (24) venant se superposer sur

un même collecteur aux extrémités des nervures (39) et aux picots (62).