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Matériau combustible ferreux pour un eLement d'une pile ä combustible et son procede d'utilisation.
La presente invention concerne un matériau combustible ferreux pour un element d'une pile à combustible, ainsi que son procédé d'utilisation.
Une pile ä combustible est un generateur électr.ique d'un type particu- lier, dans lequel La production de courant électrique est réalisée à partir de reactions chimiques impliquant la consommation d'un matériau servant de combustible. Le principe de telles piles est connu depuis Longtemps. Parmi les nombreux développements auxquels ce principe a
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donne naJLS. sanc-La-piL-a-combLStibLe dite"redox"-set-av & fe--- particulièrement intéressante, en raison de La possibilité d'utiliser des électrodes inertes, ce qui evite généralement L'empLoi de catalyseurs coûteux et dont la duree de vie est limitée.
Dans ce type de piLe, Le courant électrique est produit par des reactions de reduction d'une part et d'oxydation d'autre part, dans LesqueLLes est engage au moins un métal présentant plusieurs etats électroniques différents.
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Le coût global d'une piLe à combustible depend notamment du metaL sur lequel est base Le fonctionnement de La piLe. A cet egard, une pile ä combustible redox au fer est réellement intéressante, en raison du prix peu élevé des réactifs utilises.
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Dans la présente demande, on appelle "pile redox au fer" une pi le à combustible dans laquelle le fer ¯est utilise au moins dans le compartiment anodique.
;-Une pile redox au fer est constituée de deux compartiments séparés par
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une membrane échangeuse d'ions de type cationique. Dans un des compartiments, qui constitue La cathode de La pite, se produit une ++ reaction de reductiondeFe en e, tan 1S que L'autre compati ment, ou anode, est le siége d'une reaction d'oxydation de fezzen
Fe+++. Les deux compartiments sont reliés à un circuit exterieur d'utilisation, qui est ainsi parcouru par un courant électrique aussi Longtemps que les deux réactions peuvent se derouler dans la pile. Pour assurer La poursuite de ces réactions et par consequent La persistance du courant électrique, il est nécessaire de regenereer Les solutions utilisées au fur et à mesure de La consommation des substances reactives.
Dans ce type de pile à combustible, cette régénération est généralement realisee par voie purement chimique, dans des réacteurs distincts de la pile proprement dite.
Il est de pratique courante d'operer la régénération de La solution cathodique au moyen d'oxygène; cette opération peut être mise en oeuvre dans des conditions économiques satisfaisantes.
En ce qui concerne La régénération de la solution anodique, iL est connu d'effectuer cette opération en utilisant de l'hydrogène ou du carbone. Toutefois, la réaction de reduction de Fe par l'hydrogéne est lente, en raison du potentieL ; el élevé du couple Fe++/Fe+++; elle necessite dès lors l'emploi d'un catalyseur, ce qui en augmente Le coüt. Par ailleurs, la régénération par Le carbone requiert que l'opération se derouLe à 150 - 200 C, et par consequent sous pression, ce qui n'est pas favorable au point de vue economque.
La presente invention propose un matériau combustible inédit, qui permet de remédier aux inconvénients précités en assurant La regeneration
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rapide et economique de La solution anodique d'une pile à combustible au fer. ELLe porte egaLement sur un procede d'utilisation de ce matériau combustible, sur une pile à combustibLe utiLisant ce matériau ainsi que sur Les applications d'une teLLe pile ä combustible.
Conformément ä La présente invention, un materiau combustible pour un éLément redox au fer d'une pile ä combustible est caractérisé en ce qu'il est constitue, au moins en partie, par un foil de fer.
Par foil de fer iL faut entendre, au sens de la presente invention, une feuille de fer mince, d'une épaisseur de preference inférieure à
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100 pm, produite par tout moyen approprié teL que Le Laminage ou le
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dépôt électrolytique, et se trouvant sous une forme quelconque telle que rouleau, feuiLLe plane ou froissée, déchets, chutes, etc. i SeLon une variante particuliere, Le foil est revêtu d'une couche d'une substance hygroscopique, telle qu'une geLatine ; cette substance peut constituer une sorte d'eponge destinee ä servir de reservoir pour La solution à régénérer ; elle assure également un ecartement des spires de foil et des lors un bon contact avec La solution, dans Le cas où Le foil se trouve sous forme de rouleau.
Selon une autre variante de L'invention, Le foil est percé de trous et il est enroulé en rouleau, de préférence compact, de telle façon qu'au moins une partie de ces trous communiquent d'une spire à L'autre.
Comme on L'a indique plus haut, Le foil de fer est utilisé, conformément à l'invention, pour assurer la regeneration de la solution anodique dans une pile ä combustible au fer de type redox.
De façon connue, cette régénération consiste en une reduction du Fe+++, produit dans le compartiment anodique de la pile, en Fe++ qui est ensuite reintroduit dans ce compartiment anodique.
Selon un autre aspect de l'invention, un procédé d'utilisation de foil de fer dans une piLe à combustible redox au fer est caractérisé en ce
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que L'on preLeve une portion de La solution anodique de ladite pile, en ce que L'on met cette portion de s-otution en contact avec Ledit matériau combustible, en ce que L'on dissout Ledit matériau combustible dans ladite portion de solution, en ce que l'on régénère ladite portion de solution en rédui-sant-au moins-une partie des ions ferriques qu'eLLe contient et en ce que L'on réintroduit ladite portion de solution regeneree dans La pile combustible.
Ces operations sont de préférence effectuees en continu, en faisant circuler La solution successivement à travers le compartiment anodique de La piLe à combustible et Le reacteur de regeneration contenant Le foil de fer.
Selon L'invention, on dissout Le foil de fer dans La solution régienerer, en effectuant La reduction des ions ferriques de La solution au moyen du fer provenant du foil, on provoque La precipitation des ions ferreux excédentaires et on elimine Ledit precipite, afin de maintenir La concentrationdesiree en ions ferreux dans La solution.
. -.
Le précipite ainsi récupéré peut, à son tour, être utilise pour fabriquer ä nouveau du foil, par exemple par voie électrolytique.
Dans te cadre du present procede, on peut utiliser des solutions contenant n'importe queL seL de fer, pour autant que ce seL soit soluble dans L'eau.
IL s'est cependant avéré particulièrement interessant d'utiliser des solutions de chlorures de fer.
Ces chLorures presentent en effet une tres grande solubilité et its permettent des lors d'utiliser des solutions tres concentrées. De plus, Les ions chlore ont un effet depassivant qui entraine une accéLeration de La corrosion, c'est-à-dire de La dissolution du foil de fer.
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Les solutions peuvent également contenir un ou plusieurs sels inertes, en particulier du NaCl. Une teLLe addition, limitée par exemoj. ea 1 X en poids, a pour effet de réduire la resistance interne de ta pile et d'augmenter La puissance éLectrique fournie par la pile.
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, Un aspect supplémentaire de L'invention porte sur une pile ä combustible pour la mise en oeuvre du procédé predite.
De facon connue, une teLLe pile comporte un compartiment cathodique, un circuit de regeneration de la solution cathodique, un compartiment anodique et un circuit de régénération de La solution anodique. Conformement ä l'invention, une telle pile est en outre caractérisée
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en ce que le circuit de regeneration de La solution anodique comporte un reacteur qui contient un mateiau combustibLe constitue au moins en partie par un foil de fer.
SeLon une variante avantageuse, ce circuit comporte egalement un dispositif de réglage de La teneur en fer de La solution anodique. Ce dispositif est de préférence un appareil de precipitation du fer excé= dentaire.
Les divers aspects de L'invention seront perçus plus clairement et
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L'invention pourra être mise en oeuvre plus aisement si L'on se réfère Åa la description plus détaillée qui va suivre. Cette description porte sur une réalisation concrete de L'invention, donnee ä titre d'exemple ; elle est illustrée par Les dessins annexés, dans lesquels La figure 1 rappelle Le principe d'une piLe ä combustible redox ; et La figure 2 représente une pile à combustible où la régénération de la solution anodique est assuree par Le foil de fer, conforme-
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ment à La presente invention. Les figures 1 et 2 ne constituent bien entendu que des representations schematiques, qui ne comprennent que Les é(éments directement néces- saires ä la compréhension de l'invention.
Des éléments identiques ou analogues sont designes par Les memes reperes numériques dans Les deux figures. Enfin, les directions de circulation des fluides tels que Les
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solutions, Les gaz ou le courant électrique, ainsi que les sens des diverses reactions chimiques, sont indiqués par Les flèches.
On a représenté dans La figure 1 le schema d'une pile à combustible redox de type connu, dont le fonctionnement repose sur les reactions d'oxydation et de reduction du fer.
La pile se compose essentielLement d'un compartiment cathodique 1, qui contient une solution riche en ions Fe+++, et un compartiment anodique 2, qui contient une solution riche en ions Fe++. Ces deux compartiments sont separes par une membrane 3 échangeuse d'ions de type ca-
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tionique. Ure telle membrane ne laisse passer que des anions X- ; elle empeche te meLange des solutions contenues dans Les compartiments 1 et 2. Les électrodes 4, 5 qui ne servent que de collecteurs de courant, sont réalisées en un materiau bon conducteur de l'électricité, généralement en graphite. Il est préférable d'utiliser un feutre de graphite ou une mousse métaLlique afin d'augmenter La surface de reaction et ainsi la puissance de la pile. Ces eLectrodes sont reliées ä un circuit extérieur d'utilisation symbolise par une Lampe 6.
Au cours de La decharge d'une teLLe pile, Le Fe du compartiment cathodique 1 est reduit selon La réaction :
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tandis que le Fe du compartiment anodique Z est oxyde suivant la reaction :
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L'électron libéré à l'électrode 5 par La reaction (2) passe par Le
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circuit exterieur et parvient ä L'autre eLectrode 4 où il constitue l'électron nécessaire au déroulement de la réaction (1). La pite produit ainsi un courant électrique I utilisable sous une tension qui depend des concentrations relatives des deux composants Fe++ et Fe++ dans chaque compartiment. La conservation de la neutralité de La charge éLectrique impose Le passage d'un courant ionique dans la
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solution ; ce courant est produit par la migration d'anions X ä travers La membrane échangeuse 3.
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- - - - --- ----- Au fur et à mesure que les reactions progressent, La concentration en F++ augmente dans le compartiment 1 et La concentration en Fe+++ augmente dans Le compartiment 2. Lorsque Le rapport des concentrations
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Fe e est egaL dans Les deux compartiments, La tension etectrique devient nulle, Les reactions s'arrêtent et Le courant électrique cesse de circuler dans Le circuit extérieur.
Pour éviter l# interruption du courant produit par La pi Le, on regenere les solutions utilisées dans les compartiments cathodique et anodique respectivement. Ces operations de régénération sont effectuees dans des réacteurs distincts de La pile proprement dite, respectivement en presence d'oxygene dans un réacteur 7 pour La solution cathodique et en presence d'hydrogène ou de carbone dans un reacteur 8 pour ta solution anodique. Dans ces conditions, Le déroulement des reactions et la production de courant électrique se poursuivent aussi Longtemps que La régénération des soLutions est assuree.
Cette description correspond aux piles à combustible redox qui sont actueLLement bien connues.
La figure 2 représente une piLe à combustible redox dans Laquelle, conformément ä l'invention, on utilise du foil de fer pour realiser La regeneration de la solution anodique. Cette pile comporte également Les elements connus que sont Les compartiments cathodique 1 et anodique 2 separes par une membrane echangeuse d'ions 3, ainsi que les collecteurs 4, 5 relies ä un circuit extérieur 6.
La regeneration de La solution cathodique est réaliste au moyen d'oxygène dans un reacteur 7 ; iL est prevu ici un catalyseur, constitue de platine sur du charbon actif, pour accétérer la react-ion.
Sans sorter du cadre de L'invention, Le compartiment cathodique de la pile ä combustible peut contenir un seL d'un métal multivalent autre que Le fer, ou un materiau oxydant autre que L'oxygene ; on peut notam-
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ment utiliser des matériaux ayant un effet oxydant teL que Le chlore, certains composés de chlore (eau de javel), le permanganate, les peroxodisulfates, etc. De même, ce compartiment cathodique peut etre celui d'une pile classique. La régénération à t'oxygène, et notamment par l'oxygène de l'air, est particulièrement intéressante dans le cas oü la pile est utilisée pour assurer La propulsion électrique d'un véhicule.
La caractéristique essentieLLe de L'invention réside dans Le fait que Le combustible utilisé pour la regeneration de la solution anodique
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est Le foil de fer 9. Dans ces conditions, la regeneration de la solution cathodique se fait suivant la reaction :
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tandis que la reaction de régénération de La solution anodique s'écrit :
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La dissolution du foil suivant La reaction (4) enrichit la solution anodique en ions ferreux, qui deviennent excedentaires par rapport aux ions ferriques.
On maintient la concentration requise en ions ferreux, par exemple en assurant La precipitation de L'excedent par la réaction
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Dans ce cas, La reaction (5) régénère L'acidité (H+) consommée par La réaction (3) car Les ions H peuvent traverser La membrane échangeuse 3, en raison de Leurs faibles dimensions.
Dans la figure 2, le circuit de régénération de La solution anodique comporte un appareil de precipitation 10, où l'on assure, périodiquement ou en continu, La precipitation et l'évacuation des ions ferreux en exces dans La soLution.
La circulation des solutions cathodique et anodique dans leur circuit de régénération respectif est assurée par Les pompes 11, 12.
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En outre les compartiments cathodique 1 et anodique 2 sont garnis d'un matenau-conducteur constitue ici par du feutre-de carbone ; iLs forment ainsi des électrodes ayant une très grande surface specifique et permettant des Lors de recueiLLir des courants d'intensité élevées.
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On peut ans sortFdLTcadre de l'invention, utiliser des électrodes constitutes de divers matériaux presentant une grande surface spécifique, pour autant qu'ils soient conducteurs de l'électricité et chimiquement inertes à L'egard des solutions utilisées dans ces compartiments.
C'est le cas notamment de La mousse de carbone ou de graphite, ainsi que de la mousse de certains metaux et alliages métalliques. Avec ce type d'electrodes, toute la solution d'un compartiment est pompée à travers les pores de L'électrode correspondante et ne circule donc pas du coLlecteur vers la membrane.
Le réacteur de régénération 8 contient du feit. de fer 9, ici présenté sous la forme d'un rouleau dont Les spires ne sont pas serrees. Cette forme est particulièrement intéressante car elle présente une tres grande surface de contact avec la solution, ce qui favorise La dissolution du foil et par consequent la regeneration de la soLution.
L'utilisation du foil de fer pour regenerer la solution anodique d'une teLle pile à combustible présente plusieurs avantages.
La tres faible épaisseur du foil permet de disposer d'une tres grande surface de contact sous un volume Limite ; Le reacteur 8 peut donc avoir des dimensions relativement faibles tout en presentant un rendement interessant.
Le foil peut être de qualité médiocre et presenter des defauts tels que des piqures, des trous, des déchirures, etc. ; iL peut etre sous forme de dechets, chutes, LimaiLLes, ou autres sans compromettre Le rendement de la regeneration.
Le precipite de Fe (OH) 2 recueiLli en 10 peut etre recycle pour La fabrication de foil.
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Une pile a comoustiole consommant du foil de ter contormement à la presente invention peut être utilisée dans les applications les plus diverses, telles que la propulsion de véhicules, L'éclairage ou le chauffage de Locaux, l'alimentation de moteurs électriques, etc.
Il faut encore souligner que l'utilisation du matériau combustibLe proposé par la presente invention n'entraïne aucune poLLution de L'environnement, ce qui est particuLièrement important dans Le domaine de La propulsion des véhicules.
L'exemple qui suit montre l'intérêt de l'emploi d'une tette pile à combustible pour La propulsion d'un véhicule automobile au moyen d'un moteur de 60 kW.
Dans le cas d'un moteur ä combustion interne, la consommation à pleine puissance serait d'environ 4,8 g/s, en tenant compte d'un pouvoir énergétique de 10.000 kcal/kg pour l'essence ainsi que d'un rendement moyen de 30 %. Cela correspond sensiblement à une consommation de 13 l d'essence aux 100 km, ä pleine puissance et vitesse élevée Dans Le cas d'un moteur électrique, Le rendement est proche de 100 X. Pour realiser la puissance de 60 kW au moyen de 100 elements de pile de 1, 5 V/400 A, La consommation à puissance maximale est de 23 g/s de fer transforme dans L'ensemble de la pile.
Comme la régénération de 2 g de Fe ne nécessite que 1 g de fer, La consommation d'un teL moteur s'élève à 11, 6 g/s de foil,soit 2,4 fois le poids de L'essence.
Il en résulte que 78 kg de foil peuvent procurer la même autonomie que 33 kg d'essence. Cependant, Les 78 kg de foil ne necessitent qu'un réservoir d'environ 15 L, tandis que Les 33 kg d'essence requierent un reservoir de 41 L. Le gain de volume est particulièrement appréciable.
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Ferrous fuel material for a fuel cell element and method of use.
The present invention relates to a ferrous combustible material for an element of a fuel cell, as well as its method of use.
A fuel cell is an electrical generator of a particular type, in which the production of electric current is carried out from chemical reactions involving the consumption of a material serving as fuel. The principle of such batteries has been known for a long time. Among the many developments to which this principle has
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gives naJLS. sanc-La-piL-a-combLStibLe called "redox" -set-av & fe --- particularly interesting, due to the possibility of using inert electrodes, which generally avoids the use of expensive catalysts and whose lifespan is limited.
In this type of object, the electric current is produced by reduction reactions on the one hand and of oxidation on the other hand, in which is committed at least one metal having several different electronic states.
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The overall cost of a fuel cell depends in particular on the metal on which the functioning of the fuel cell is based. In this respect, an iron redox fuel cell is really advantageous, because of the low price of the reagents used.
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In the present application, a "fuel redox cell" is used as a fuel cell in which the iron is used at least in the anode compartment.
; -A redox iron stack consists of two compartments separated by
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a cationic ion exchange membrane. In one of the compartments, which constitutes La cathode de La pite, a ++ reduction reaction occurs in e, while the other component, or anode, is the seat of a fezzen oxidation reaction.
Fe +++. The two compartments are connected to an external use circuit, which is thus traversed by an electric current as long as the two reactions can take place in the battery. To ensure the continuation of these reactions and consequently the persistence of the electric current, it is necessary to regenerate the solutions used progressively with the consumption of the reactive substances.
In this type of fuel cell, this regeneration is generally carried out purely by chemical means, in reactors distinct from the cell itself.
It is common practice to regenerate the cathode solution with oxygen; this operation can be carried out under satisfactory economic conditions.
With regard to the regeneration of the anode solution, iL is known to perform this operation using hydrogen or carbon. However, the reaction of reduction of Fe by hydrogen is slow, because of the potential; el high of the Fe ++ / Fe +++ couple; it therefore requires the use of a catalyst, which increases the cost. Furthermore, carbon regeneration requires that the operation be carried out at 150 - 200 C, and therefore under pressure, which is not favorable from an economic point of view.
The present invention provides a new combustible material, which overcomes the aforementioned drawbacks by ensuring regeneration
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fast and economical The anodic solution of an iron fuel cell. It also relates to a method of using this combustible material, to a fuel cell using this material as well as to the applications of such a fuel cell.
According to the present invention, a combustible material for an iron redox element of a fuel cell is characterized in that it is constituted, at least in part, by an iron foil.
By iron foil iL mean, within the meaning of the present invention, a thin sheet of iron, of a thickness preferably less than
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100 pm, produced by any suitable means such as Laminating or
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electroplating, and in any form such as a roll, flat or crumpled sheet, waste, scraps, etc. i According to a particular variant, the foil is coated with a layer of a hygroscopic substance, such as a gelatin; this substance can constitute a kind of sponge intended to serve as a reservoir for the solution to be regenerated; it also ensures a separation of the coils of foil and therefore good contact with the solution, in the case where the foil is in the form of a roll.
According to another variant of the invention, the foil is pierced with holes and it is wound in a roll, preferably compact, in such a way that at least part of these holes communicate from one turn to the other.
As indicated above, the iron foil is used, in accordance with the invention, to ensure the regeneration of the anode solution in an iron fuel cell of the redox type.
As is known, this regeneration consists of a reduction of Fe +++, produced in the anode compartment of the cell, to Fe ++ which is then reintroduced into this anode compartment.
According to another aspect of the invention, a method of using iron foil in an iron redox fuel cell is characterized in that
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that a portion of the anodic solution is taken from said cell, in that this portion of solution is brought into contact with said combustible material, in that said combustible material is dissolved in said portion of solution , in that one regenerates said portion of solution by reducing-sant-at least-part of the ferric ions that it contains and in that one reintroduces said portion of regenerated solution in the fuel cell.
These operations are preferably carried out continuously, by circulating the solution successively through the anode compartment of the fuel cell and the regeneration reactor containing the iron foil.
According to the invention, the iron foil is dissolved in the solution regienerer, by effecting the reduction of the ferric ions of the solution by means of the iron coming from the foil, the excess ferrous ions are precipitated and the said precipitate is eliminated, in order to maintain the desired concentration of ferrous ions in the solution.
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The precipitate thus recovered can, in turn, be used to re-manufacture the foil, for example by electrolytic means.
In the context of the present process, solutions containing any amount of iron salt may be used, provided that it is soluble in water.
However, it has been found to be particularly interesting to use solutions of iron chlorides.
These chlorides indeed exhibit very high solubility and therefore allow very concentrated solutions to be used. In addition, the chlorine ions have a depassivating effect which leads to an acceleration of corrosion, that is to say of the dissolution of the iron foil.
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The solutions can also contain one or more inert salts, in particular NaCl. Such an addition, limited by exemoj. ea 1 X by weight, has the effect of reducing the internal resistance of your battery and increasing the electric power supplied by the battery.
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A further aspect of the invention relates to a fuel cell for carrying out the above method.
In known manner, such a cell comprises a cathode compartment, a circuit for regenerating the cathode solution, an anode compartment and a circuit for regenerating the anode solution. According to the invention, such a battery is further characterized
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in that the regeneration circuit of the anode solution comprises a reactor which contains a combustible material consists at least in part of an iron foil.
According to an advantageous variant, this circuit also includes a device for adjusting the iron content of the anode solution. This device is preferably a device for precipitation of excess iron = dental.
The various aspects of the invention will be perceived more clearly and
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The invention can be implemented more easily if reference is made to the more detailed description which follows. This description relates to a concrete embodiment of the invention, given by way of example; it is illustrated by the accompanying drawings, in which FIG. 1 recalls the principle of a redox fuel cell; and FIG. 2 represents a fuel cell where the regeneration of the anode solution is ensured by the iron foil, in accordance with
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The present invention. Figures 1 and 2 are of course only schematic representations, which include only the elements directly necessary for understanding the invention.
Identical or analogous elements are designated by the same numerical marks in The two figures. Finally, the directions of circulation of fluids such as Les
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solutions, gases or electric current, as well as the directions of the various chemical reactions, are indicated by the arrows.
FIG. 1 shows the diagram of a redox fuel cell of known type, the operation of which is based on the reactions of oxidation and reduction of iron.
The cell essentially consists of a cathode compartment 1, which contains a solution rich in Fe +++ ions, and an anode compartment 2, which contains a solution rich in Fe ++ ions. These two compartments are separated by a membrane 3 ion exchange type ca-
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tionic. Such a membrane allows only X- anions to pass; it prevents you from mixing the solutions contained in compartments 1 and 2. The electrodes 4, 5 which only serve as current collectors, are made of a material which is a good conductor of electricity, generally in graphite. It is preferable to use a graphite felt or a metallic foam in order to increase the reaction surface and thus the power of the battery. These electrodes are connected to an external circuit of use symbolized by a Lamp 6.
During the discharge of such a cell, the Fe of the cathode compartment 1 is reduced according to the reaction:
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while the Fe of the anode compartment Z is oxidized according to the reaction:
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The electron released at electrode 5 by Reaction (2) passes through Le
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external circuit and arrives at the other Electrode 4 where it constitutes the electron necessary for the progress of the reaction (1). The pit thus produces an electric current I usable under a voltage which depends on the relative concentrations of the two components Fe ++ and Fe ++ in each compartment. The conservation of the neutrality of the electric charge imposes the passage of an ion current in the
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solution; this current is produced by the migration of X anions through the exchange membrane 3.
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- - - - --- ----- As the reactions progress, The concentration of F ++ increases in compartment 1 and The concentration of Fe +++ increases in compartment 2. When the concentration ratio
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Fe e is equal in the two compartments, the electric voltage becomes zero, the reactions stop and the electric current ceases to circulate in the external circuit.
To avoid interruption of the current produced by La pi Le, the solutions used in the cathode and anode compartments are regenerated respectively. These regeneration operations are carried out in reactors separate from the actual battery, respectively in the presence of oxygen in a reactor 7 for the cathode solution and in the presence of hydrogen or carbon in a reactor 8 for the anode solution. Under these conditions, the course of the reactions and the production of electric current continue as long as the regeneration of the solutions is ensured.
This description corresponds to the redox fuel cells which are currently well known.
FIG. 2 represents a redox fuel cell in which, according to the invention, iron foil is used to carry out the regeneration of the anodic solution. This stack also includes the known elements that are the cathode 1 and anode 2 compartments separated by an ion exchange membrane 3, as well as the collectors 4, 5 connected to an external circuit 6.
The regeneration of the cathode solution is realistic by means of oxygen in a reactor 7; iL is provided here a catalyst, consisting of platinum on activated carbon, to accelerate the reaction.
Without departing from the scope of the invention, the cathode compartment of the fuel cell can contain a salt of a multivalent metal other than iron, or an oxidizing material other than oxygen; we can notably
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Use materials with an oxidizing effect such as chlorine, certain chlorine compounds (bleach), permanganate, peroxodisulfates, etc. Likewise, this cathode compartment can be that of a conventional battery. Regeneration with oxygen, and in particular by oxygen in the air, is particularly advantageous in the case where the battery is used to ensure the electric propulsion of a vehicle.
The essential characteristic of the invention resides in the fact that the fuel used for the regeneration of the anode solution
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is the iron foil 9. Under these conditions, the regeneration of the cathode solution is done according to the reaction:
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while the regeneration reaction of the anode solution is written:
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The dissolution of the foil according to Reaction (4) enriches the anode solution with ferrous ions, which become excess relative to the ferric ions.
The required concentration of ferrous ions is maintained, for example by ensuring the precipitation of the excess by the reaction
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In this case, the reaction (5) regenerates the acidity (H +) consumed by the reaction (3) because the H ions can cross the exchange membrane 3, due to their small dimensions.
In FIG. 2, the regeneration circuit of the anode solution comprises a precipitation device 10, where the precipitation and the removal of excess ferrous ions in the solution are carried out periodically or continuously.
The circulation of cathodic and anodic solutions in their respective regeneration circuit is ensured by Pumps 11, 12.
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In addition, the cathode 1 and anode 2 compartments are lined with a conductive material constituted here by carbon felt; They thus form electrodes having a very large specific surface and making it possible to collect currents of high intensity.
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It is possible, sortFdLTframework of the invention, to use electrodes made of various materials having a large specific surface, provided that they are electrically conductive and chemically inert with regard to the solutions used in these compartments.
This is particularly the case for carbon or graphite foam, as well as for the foam of certain metals and metal alloys. With this type of electrode, all of the solution in a compartment is pumped through the pores of the corresponding electrode and therefore does not flow from the collector to the membrane.
The regeneration reactor 8 contains feit. of iron 9, here presented in the form of a roll whose turns are not tight. This form is particularly interesting because it has a very large contact surface with the solution, which promotes the dissolution of the foil and therefore the regeneration of the solution.
The use of iron foil to regenerate the anode solution of such a fuel cell has several advantages.
The very thin thickness of the foil makes it possible to have a very large contact surface under a limited volume; The reactor 8 can therefore have relatively small dimensions while presenting an interesting yield.
The foil can be of poor quality and show defects such as bites, holes, tears, etc. ; It can be in the form of waste, scraps, leaves, or others without compromising the yield of regeneration.
The precipitate of Fe (OH) 2 collected in 10 can be recycled for the manufacture of foil.
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A comoustiole battery consuming the terra foil in accordance with the present invention can be used in the most diverse applications, such as propulsion of vehicles, Lighting or heating of Premises, powering of electric motors, etc.
It should also be emphasized that the use of the combustible material proposed by the present invention does not cause any pollution of the environment, which is particularly important in the field of vehicle propulsion.
The example which follows shows the advantage of using a fuel cell for propelling a motor vehicle by means of a 60 kW engine.
In the case of an internal combustion engine, the consumption at full power would be around 4.8 g / s, taking into account an energy power of 10,000 kcal / kg for petrol as well as a yield average of 30%. This corresponds appreciably to a consumption of 13 l of petrol per 100 km, at full power and high speed. In the case of an electric motor, the output is close to 100 X. 1.5 V / 400 A cell elements. The maximum power consumption is 23 g / s of transformed iron in the entire cell.
As the regeneration of 2 g of Fe requires only 1 g of iron, the consumption of a motor teL amounts to 11.6 g / s of foil, or 2.4 times the weight of the gasoline.
As a result, 78 kg of foil can provide the same autonomy as 33 kg of gasoline. However, the 78 kg of foil requires only a tank of around 15 L, while the 33 kg of petrol require a tank of 41 L. The gain in volume is particularly appreciable.