CA1057818A - Pile a combustible - Google Patents

Pile a combustible

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CA1057818A
CA1057818A CA252,291A CA252291A CA1057818A CA 1057818 A CA1057818 A CA 1057818A CA 252291 A CA252291 A CA 252291A CA 1057818 A CA1057818 A CA 1057818A
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Jacques Cheron
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    • H01M8/02Details
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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Abstract

Pile à combustible comportant un bloc de pile étanche renfermant des plaques qui délimitent des compartiments dont certains sont adaptés à recevoir un électrolyte liquide, les autres compartiments étant destinés à contenir respectivement un combustible et un?comburant, et des moyens d'alimentation du bloc de pile en électrolyte liquide, en combustible et en comburant. Les plaques délimitant certains au moins des compartiments sont soumises à l'action de forces magnétiques d'attraction qui s'opposent à l'action des forces de pression exercées sur ces plaques par le contenu du compartiment qu'elles délimitent.

Description

lOS~
La présente invention se rapporte à une pile à rombustible et, plus précisement, concerne le maintien des pla~ues délimitant des compartiments dans les blocs étanciles de pile à combustible.
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Comme il est bien connu des spécialistes,une pile à combustible cum-S porte un bloc de pile étanche dans lequel des plaques~ par exemple des élec-trodes, qui délimitent trois sortes de compartiments destinés à contenir, les premiers un électrolyte, les seconds un comburant et les derniers un combustible, doivent 8tre maintenues dans une position relative déterminée pour eviter tout contact entre les plaques adjacentes.

Généralement ces plaques sont de faible épaisseur. De plus pour réduire considérablement le poids des piles à combustible, on cherche à dimi-nuer,autant que faire se peut, l'ecartement entre les plaques.

Lorsqu'on introduit dans les compartiments des produits liquides ou gazeux, il apparaît inévitablement, entre les cornpartiments successifs, des diff~rr3nces de pression qui sont souvent suffisantes pour dé~ormer le~ plaque~
et causer des contacts intempestifs qui provoquent des courts-circuits élec-triques dommagcables pour la pile à combustibls.

L'ob~et essentiel de la présente invention est de permettre d'éviter ces inconv6nients en proposant une pile b combustible dont la description qui suit e~t illustrée~ par les figures annexées dans lesquelles - la figure 1 représellte sch~matiquement et en cuupe, un empilement de plaqubs dlun bloc da pile b combustible selon l~invention, et - la ~igure 2 illu~tra une varianta de rr5ali~ation de l~invention.

La ~igurr3 l rr3prr3sr3nte schematiquement et en coupe une plle ~5 ~ onmbuntible d~sign~ dans son ensemble par la référence 1, Cette pile comporte un bloc étanche 2 dans lequel des plaques 3, 4, 5,., rstc délirnitent des compartiments tels que 6, 7 et 3, pour contenir ra~pnctivomr3nt un comburant, un électrolyte et un combustible. Certaines au moln~ dr3 cas plaques, et notamment les plaques 3 et 4 qui délimitent les ' ;, : 1 :.

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compartim~nts à électroly-te 7, sont constituées par des électr~d~s ~lui sont formées par un~ grille conductric~ et dor1t un~ face Fst r~couverte d'un cata-ly~eur favorisant Ies réactions électrochimiques d~ la pile à combustible. Le bl~c de pile 2 est pourvu d'orifices non représentés qui cornmuniquent avec dus 5 circuits schématisés en 9, 10 et 11 pour alimenter les compartiments du bloc de pile en comburant, en électrolyte ou en combustible.

L'électrolyte alimentant la pile est un électro-lyte liquide, pa~ exemple une solution liquide de potasse KOH, tandis que comburant et combustible p~uvent être des produits réactifs liquides (méthanol, 10 hydrate d'hydrazine) ou gazeux (Dxygène pur, air, hydrDgène ...).

Les conne~ions Électriques entre les différentes électrodes n'Dnt pas été représentées, mais seront établies, comm~ il Pst bien connu des spécialistcs, en fonction des caractéristiques électriques de la pile (tensicn et courant) que l'on désir~ obtenir.

Dans la pratique, mê~e dans le cas où le comburant, l'électrolyte et l~ combustible introduits dans le bloc de pile sont dus produits liquides, il est très difficile, sinon impossible, de maintenir dans les différents compar-timents des presfiions riguureusement idcntiquus. Chacunu des plaques telles quu 3, 4 et 5 e~t alors soumise 3 une différence de pression et subit dcs de-20 formations d'aut~nt pluY grandes que scn ~paiss~ur est plus faible.

L'écartement entre les plaques ad~acentes doit donc être supérieur ~ la 80mme de leurs deforn~tions respectives les plu9 fortes pour éviter que ne tAbli96ellt, A l'intérieur du bloc 2, des courts-circuits dommaguables pour la pile. Il est alor~ impQssible de réduire ~u9qu'A une valeur très faible l~cartcment entre les plaques, dans le but de dimlnuer l'encombrement et l~
poid~ d~ la pile A combu9tible.

. Pour ~vlter cet inconv~nient et selon la présente invention, les plaques du bloc de pile comportent des grilles constitu~es en un matériau qui, npr~ Avoir ~t~ soumi~ A l'influence d'un champ magnetique, conserve une réma-30 nence magn~tlque notahle, tel que les aclers, les a1llages magnétlques du commerce, etc... nyant une température de polnt de Curie très sup~rieure à la tomp~rflture de fonctlonnement de la pile.

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1~5~7~311~3 .

Les plaqucs, aimantées par taut procédé cannu en soi, sont dispoeées comme représentées sur la figure 1 de telle sarte que les surfaces oppos~es des plaques ou électrodes 3 et 4 qui délimitent les compartiments à électrolyte aient des polarités magnét~ques différentes (S-N) et de telle sorte que les surfaces apposées des plaques délimitant les compartiments à combustible et à
comburant aient des polarités magn~tiques identiques ( N~). De préférence, un séparateur isolant, tel que celui schématisé en 12 sur la figure 1, est inter-posé entre les électrodes 3, 4 délimitant les compartiments à électrolyte.
' Ces sbparateurs peuvent être de tout type connu ayant une structure poreuse continue, ou une structure discontinue paur permettre la circulation de l'électrolytP dans le compartiment 7. L'épaisseur des séparateurs est choisie égale à l'écartcment que l'on désirP maintenir ~ntrE les électrodes 3 et 4.
~Sur les figures les écartements entre plaques ne sont pas représentés à
l'échelle pour la clarté de la figure.) Il est aisé de comprendre quc sous l'action des forces magnétiques qui se développent les électrodes 3 et 4 s'attirent et prennent appui contre le sbparateur 9 qui tout en ayant une très faible épaisseur, par exemple de l'ordrede 0,1 mm ou moins, empêche tout contact électrique entre les électrodes 3 st 4.
Dans le même temp~ il appara~t entre les plaques délimitant les compartiments combustible ou ~ comburant, des forces magnétiquas de répulsion qui empêchent tout rapprochemerlt de ces plaquEs et donc tout contact ~lectrique intèmpestif.
.
L'aimantaticn des plaques est obtenue en les plasant dans un champ ma9nétique ayant une composante dirig~e dans la direction de l'bpais-seur de~ plaques.

~5 L~inten5ité du champ magnbtisant sera telle que l'aimantation perma-nantu de~ ~lactrodas adjacentes delimitant les compartiments 3 electrolyte, d~veloppe, par unitb de _urface~ d~s farces d~attractian de ces électrodes au - moine ~gale9 aux force9 de pressions maximales danR ces mêmes compartiments~
A titre indicatif, et pour des piles 3 combustible d'un type courant, les ~orces magn~tiques auront g~néralement une valeur de l'ordre de quelques dizaine9 de grammes par cm~.
., , . ' ' , Sur la figure 2, qui est une variante de réalisation de l~inventian, ~eules les plaques 3, 4 et S ont etb repré~entées.

.

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Selon ce mode de realisation, les forces magnfitiques d'attraction entre les plaques 3 et 4 délimitant un compartiment à électrolyte 7 et les forces m,agnétiques de répulsion entre les plaques telles que 4 et 5 délimitant un compartiment à combustible ou à comburant, ne résulterlt pas de l'aimantationpréalable des plaques mais sont développées par des aimants permanents 13 pré-alablement aimantés et solidaires des plaques, par exemple par collage. Comme un peut le voir sur la figure 2 ces aimants ont de faibles dimensions et une épaisseur inferieure à la m3itié de celle du compartiment dans lequel ils se trouvent placés. Ces aimants peuvent avoir la forme de bandes,de pastilles, 10 etc...... Ils peuvent etre canstitués par tout matériau connu ayant de bonnes ' caractéristiques magnétiques pour que les forces d'attraction et de répulsion s'établissent dans les conùitions indiquées plus haut. On pourra utiliser des alliages magnétiques du commerce, des ferritesl des bandes de caoutchouc ccnte-nant des particules magnétiques, etc. Dans ce cas de réalisation les plaques ~ 'telles que 3, 4 st S peuvent être constituées en matériau n'ayant pas de pEr-formances magnétiques élevées.

DBS modifications pourront être apport~es sans pour autant sortir du cadre de la présente invention.

Par exemple, dans le cas de la figure 1, il sera possibla de realiser une aimantation des plaques telles que deux plaques adjacentes quelconques ~attirent pourvu que les forces magn~tiques d'attraction entre deux plaques telles que 3 et 4, entre lesquelles est plac~ un séparateur 12, soient au moins ~gsle~ et de pr~f~rence superieure à la fnrce de pression maximale exercee par le produit contenu dans ca compartiment, sur CeS plaques ou électrodes 3 et 4.

' Dfln~ le cas de la figure 2, le9 aimants 13 d~una plaqus pourront ~tre au non dispos~s en face de ceux portes par la plaque adjacente , D~ns le~ modes de ~alisation illustse~ par les figures 1 et 2, les ' ' ' 8~pnr~taUra 12 sont plac~9 dans les compariiments b electrolyte,'et les farces ~`
ma9n~tiqu~3 attirent l'une contre l'autre les plaques delimitant ces compar- ' ''' 30 timcnts à ~lectrolyte, mai~ il est egalemsnt possible de placer les séparateurs iflolants dan9 nlimporte quel compartiment du bloc de pile paurvu que les forcesm~9n~tiqu8s attirent l~une v~r9 l'autre les plaques delimitant les compartimentsob 80nt places les separateurs et repoussent l'une de l'autre les plaquss qui d~limitant les compartiments dans lesquels on n'a place aucun séparateur.

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l(~S781~
On pourra é~alement réaliser une pile à combustible selon l~un de3 modes dr réalisati.on ci-dessus, mais pour laquelle seules des forces magn6ti-ques d~attraction apparaissent entre les plaques ou électrotles délimitant les compartiments dans lesquels sont placés les séparateurs, aucune force de répul-sion ou d'attraction notable ne s'exersant sur les plaques délimitant les aUtreScompartiments. Un tel mode de réalisation est en particulier utilisable lorsque un compartiment de produit réactif (comburant ou combustible~ est entouré de deux compartiments à électrolyte pour réaliser dans le bloc de pile une suc-cession de compartiments du type :
lD compartiment à combustible, compartiment à électrolyte, compartiment à comburant~ etc.
- i

Claims (7)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:
1. Pile à combustible comportant un bloc de pile étanche renfermant des plaques qui délimitent des compartiments dont certains sont adaptés à recevoir un électrolyte liquide, les autres compartiments étant destinés à contenir respective-ment un combustible et un comburant, et des moyens d'alimentation du bloc de pile en électrolyte liquide, en combustible et en comburant, caractérisée en ce que les plaques délimitant certains au moins des compartiments sont soumises à l'action de forces magnétiques d'attraction qui s'opposent à l'action des forces de pression exercées sur ces plaques par le contenu du compartiment qu'elles délimitent.
2. Pile à combustible selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte des séparateurs mécaniques d'épaisseur déterminée placés entre les plaques soumises aux forces magnétiques d'attraction.
3. Pile à combustible selon la revendication 2, caractérisée en ce que les plaques adjacentes du bloc de pile entre lesquelles aucun séparateur n'est placé, sont soumises à
l'action de forces magnétiques de répulsion qui empêchent tout rapprochement de ces plaques adjacentes.
4. Pile à combustible selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites forces magnétiques d'attraction ont une valeur au moins égale à la valeur de la force de pression maximale exercée sur les plaques par le contenu du compartiment délimité par les plaques soumises aux forces magnétiques d'attraction.
5. Pile à combustible selon la revendication 4, caractérisée en ce que chacune des plaques du bloc de pile comporte une grille constituée en un matériau ayant une rémanence magnétique notable, préalablement soumise à un champ magnétique de valeur prédéterminée ayant une composante dirigée dans la direction de l'épaisseur de ladite grille.
6. Pile à combustible selon la revendication 4, caractérisée en ce que lesdites forces magnétiques sont développées par des éléments de faibles dimensions solidaires des plaques de la pile, ces éléments étant constitués par un matériau ayant une rémanence magnétique notable et ayant été
placés dans un champ magnétisant.
7. Pile à combustible selon la revendication 6, caractérisée en ce que lesdits éléments ont une épaisseur inférieure à la moitié de l'épaisseur des compartiments dans lesquels ils sont placés.
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