CH406335A - Pile à combustible - Google Patents

Pile à combustible

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CH406335A
CH406335A CH319562A CH319562A CH406335A CH 406335 A CH406335 A CH 406335A CH 319562 A CH319562 A CH 319562A CH 319562 A CH319562 A CH 319562A CH 406335 A CH406335 A CH 406335A
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CH
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bath
fuel
liquid
liquid bath
water
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CH319562A
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Gerard Grimes Patrick
Gerhard Seibold Joachim
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Allis Chalmers Mfg Co
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/08—Fuel cells with aqueous electrolytes
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Description

Pile <B>ä</B> combustible La pr6sente invention a pour objet une pile ä combustible pour la production directe d'energie 81ectrique par une reaction electrochimique, dopt les constituants sont tels que la pile puisse etre manGeu- vr6e et mise en fonctionnement sans Banger, et qui ne sofft pas susceptible de provoquer des blessures par contact avec les tissus humains.
La pile ä combustible selon 1'invention est par- ticulierement avantageuse pour 1'emploi ä titre expe rimental, au laboratoire ou dans la salle de cours, 1ä oh elle est susceptible d'etre manide par des per- sonnes inexpdrimentees, notamment des etudiants, et oü an ne peut pas eviter rigoureusement les projec- tions de bain liquide ou un contact avec celui-ei.
Les piles ä combustible liquide de la technique connue, qui sont activdes par catalyseur et fonc- tionnent ä basse tempdrature, comprennent des bains liquides consistant en un dlectrolyte, en un combu- rant liquide et un combustible liquide pour l'adsorp- tion et la desorption d'ions de combustible et de comburant, respectivement, et ces constituants sont nocifs pour les tissus humains et la sante. Une telle pile ä combustible est ddcrite dans 1e brevet NO 380794 et comprend un bain liquide qui a pour constituants des alcools monohydroxyles ä titre de combustible et des hydroxydes alcalins ä titre d'elec- trolyte, tous deux dtant de nature toxique et, lorsqu'ils entrent en contact avec un tissu humain par voie externe ou interne, etant capables de laisser des cica- trices permanentes et de provoquer d'autres lesions.
Il existe donc un besoin pour une pile ä combus- tible liquide dont 1e bain liquide sofft de nature non toxique et non lesante, afin que son maniement sofft sans Banger, non seulement pour les personnes qua- lifides, mais dgalement par les etudiants et autres personnes novices, dans les travaux experimentaux et aussi dans 1'utilisation en general, dont la cons- truction sofft sans complication et dopt 1'emploi sofft simple et efficace.
Ces buts sont atteints, conformement ä 1'inven- tion, par une pile ä combustible pour la production directe d'energie electrique, comprenant une enceinte formant une chambre contenant des electrodes ä combustible et ä comburant qui sont disposees ä dis- tance l'une de 1'autre dans un bain liquide consis- tant en eau, en un electrolyte, en un comburant liquide et un combustible liquide, et qui est carac- t6ris6e en ce que ledit dlectrolyte est un sel soluble dans 1'eau pris parmi les carbonates et bicarbonates de sodium et de potassium, en ce que ledit combu- rant est de 1'eau oxygenee et en ce que ledit com- bustible liquide est de la glycdrine.
Ledit sel soluble dans 1'eau est de preference present en proportion de 3 ä 30 % en poids du bain liquide.
La glycerine est de preference pr6sente en Pro portion de 5 ä 20 % en poids du bain liquide. L'eau oxygenee est de preference pr6sente en Proportion de 0,1 ä 3,0 % en poids du bain liquide. Le dessin annexe represente, ä titre d'exemple, une forme d'exdcution de la pile ä combustible fai- sant 1'objet de 1'invention.
La fig. 1 est une coupe longitudinale d'un groupe d'elements ä combustible, et la fig. 2 est une vue en plan du groupe d'ele- ments representes ä la fig. 1.
Ce groupe d'elements ä combustible comprend une enceinte 10, etanche aux liquides et non con- ductrice de 1'electricitd, formant une chambre 13 contenant deux Plaques 11, qui sont inserees avec un certain jeu dans des rainures 12 formees dans 1'enceinte, de fa@on ä s'etendre au travers de la cham- bre 13 sensiblement parallelement l'une ä 1'autre. Le groupe represente comprend trois elements A, B et C, electriquement connectes en Serie comme decrit ci-apres.
Les Plaques 11 constituent chacune une 6lec- trode bipolaire construite et disposee comme decrit dans les brevets N'$ 380794 et 380795. 11 est entendu que ces electrodes pourraient etre remplacees par d'autres electrodes de type connu.
Chaque Plaque 11 comprend un support central 14, forme dune matiere lllectriquement conductrice, resistant aux alcalis et mecaniquement forte, par exemple nicket ou acier inoxydable, avec une Pre miere couche catalytique 15 Sur une de ses faces et une seconde couche catalytique 16 Sur 1'autre face.
La couche 15 consiste en un catalyseur d'activa- tion du combustible, par exemple en un metal du groupe du Platine, c'est-ä-dire Platine, Palladium, osmium, iridium, rhodium ou ruthenium.
La couche catalytique 16 consiste en un cataly- seur d'activation de 1'eau oxygenee, par exemple argent, cobalt, nicket, leurs oxydes, et melanges d'oxydes de mdtaux lourds comme les oxydes de fer, de cobalt, de nicket et d'argent.
Le catalyseur ä combustible 15 et 1e catalyseur ä comburant 16 peuvent etre tous deux depos6s Sur 1e Support central par voie electrolytique ou chimi- que avec des r6sultats equivalents. Quelle que soit la mathode utilisee, la face opposee est masquee mecaniquement ou chimiquement Pendant 1'operation.
Les deux Plaques ä 6lectrodes 11, ainsi preparees, fonctionnent ä la fois comme cathode et comme anode, c'est-ä-dire qu'elles sont bipolaires. En outre, 1e suppori central 14 a pour fonction de connecter electriquement les elements adjacents en Serie.
Lorsque les Plaques 11 sont disposees dans la chambre 13, dans les rainures 12 de 1'enceinte 10, les couches 15 sont toutes orientees dans la meine direction de maniere ä faire face aux couches 16.
Des electrodes unipolaires 17 et 18 sont disposees contre chacune des parois d'extremite de 1'enceinte 10, afin que la chambre 13 soit utilisee dans sa tota- lit6. Dans 1'exemple represente, 1'electrode 17 est la cathode de 1'element A et 1'electrode 18 est 1'anode de 1'element C.
Le bain liquide employe dans ce groupe d'ele- ments consiste en eau et en trois composants actifs qui sont un electrolyte, un comburant liquide et un combustible liquide.
11 s'est avere que la glycerine est non toxicogene, et en meine temps quelle permet, en association avee les autres composants du bain liquide, une produc- tion d'energie electrique. Le combustible de ce bain liquide est donc la glyc6rine.
L'eau oxygenee, utilisee de la maniere ci-apres decrite, est egalement non toxicogene et est capable, en association avec la glycerine et les autres compo- sants du bain liquide, de produire de 1'energie elec- trique. Le comburant du bain liquide est donc de 1'eau oxygenee.
Une recherche des electrolytes qui sont non toxicogenes et qui, en association avec la glycerine et 1'eau oxygenee, font en Sorte que 1e bain liquide reagisse en produisant de 1'anergie electrique, mais ne donnent pas lieu ä des reactions secondaires pro- duisant des produits d'oxydation toxiques, a etabli que les solutions aqueuses des carbonates et bicarbo- nates de potassium et de sodium sont eminemment satisfaisantes.
0n decrit maintenant un procede de preparation d'un bain liquide conforme ä 1'invention, dont 1'dlectrolyte est 1e carbonate de potassium.
0n dissout de 100 ä 800g, de preference de 300 ä 700 g, de carbonate de potassium dans 1 1 d'eau pour forgr_er une solution aqueuse de carbo- nate de potassium.
A une quantite appropriee de cette solution, par exemple 50 ml, an ajoute un volume egal dune solu- tion aqueuse d'eau oxygenee contenant environ 0,3 ä 6,0 % d'eau oxygenee, c'est-ä-dire une Proportion d'eau oxygenee donnant une concentration finale dans 1e bain non superieure ä 3 0/0 en poids. 0n ajoute ä ce melange de la glycerine en quantite suf- fisante pour que 1'analyse du bain donne une con- centration de fordre de 5 ä 20 % en poids de gly- cerine. La solution resultante d'electrolyte, de com- burant et de combustible, formant 1e bain liquide, est alors introduite dans la chambre 13. Lorsqu'elle entoure les Plaques immergees dans 1e bain, la pro- duction d'energie electrique commence.
Une puissance electrique optimum, dans les con- ditions prescrites assurant 1'absence d'effets toxico- genes, est obtenue avec un bain consistant en 18,1 % en poids de carbonate de potassium, 71,5 0/0 d'eau, 1,2 % d'eau oxygenee et 9,2 % de glycerine.
Ort a constate que 1'on peut s'ecarter notable- ment de ces pourcentages sans porter gravement pre- judice ä la puissance electrique fournie par la pile ä combustible. Ainsi 1e bain peut ne pas contenir plus de 3 % en poids de carbonate de potassium ou peut en contenir RTI ID="0002.0550" WI="11" HE="4" LX="1448" LY="1958"> jusqu'ä 30 % et la teneur en glycerine peut varier entre 5 et 20 0i0 du poids total du bain.
0n a observ6 que la dissolution du carbonate de potassium dans 1'eau s'accompagne en general d'un ddgagement de chaleur. Si la preparation du melange est terminee Pendant que la chaleur con- tinue ä se degager, de fagon que 1e bain liquide puisse eire introduit dans la pile ä combustible alors que la solution est encore un peu chaude, an obtient une puissance electrique encore superieure. Ort peut tirer parti de ce phenomene dans certains travaux expe- rimentaux.
Pour faire fonctionner 1e groupe d'dlements decrit ci-dessus, an verse 1e bain liquide dans la chambre 13 jusqu'ä ce qu'il entoure les Plaques ä electrodes 11. Ces dernieres sont maintenues sensiblement paral leles Tune ä 1'autre par les rainures 12 Jans lesquelles elles sont placees relativement librement, et elles divi- sent la chambre 13 en trois compartiments commu- nicants, formant chacun une pile ä combustible.
Lorsque 1e bain liquide a 6t6 introduit dans la chambre 13, an connecte les 61ectrodes terminales 17 et 18 ä travers un circuit ext6rieur (non repr6sent6), la glyc6rine et 1'eau oxygen6e commencent ä r6agir et le courant dlectrique d6sir6 commence ä circuler entre les 61ectrodes 17 et 18, par 1e circuit exterieur.
0n suppose que la rdaction sur les 61ectrodes ä combustible a lieu avec les particules d'61ectrolyte et de combustible, qui sont des Ions et des mol6cules, adsorbees c6te ä c6te sur la surface entiere de 1'61ec- trode. Une fois adsorbees, les mol6cules de glyc6rine sont scind6es par les forces d'interaction dues ä la surface catalytique active. Les molecules scind6es presentes ä 1'6tat adsorbe chimiquement sur la surface du catalyseur (qui est, comme d6crit, une mince Pla- que de Platine, de Palladium, etc.) rdagissent avec 1'electrolyte en captant des anions et en lib6rant des electrons dans 1'61ectrode ä combustible, qui est ainsi chargee negativement. Des mol6cules de combustible fraiches sont continuellement fournies par 1e bain liquide par diffusion vers la surface de 1'dlectrode. Ce processus fait continuellement retourner les pro duits de reaction dans la masse de 1'electrolyte.
Les exemples suivants illustrent plusieurs bains liquides compos6s conform6ment ä 1'invention et les propri6t6s dlectriques qu'ils conferent ä une eile ä combustible ä un seul 61ement dans laquelle 1'61ec- trode ä combustible est form6e dune feuille de nicke] portant un catalyseur au Platine et 1'6lectrode ä com- burant est formee dune feuille de nicke] portant un catalyseur ä l'argent. Les electrodes sont immergdes dans 1e bain ä distance l'une de 1'autre, chaque 61ec- trode ayant une surface brute de 24,2 cm2. Les lec- tures indiqu6es ont 6t6 obtenues en connectant les electrodes de la pile ä un circuit exterieur sur lequel un voltmetre est raccor & en parallele et un ampe- remetre en serie.
Exemple <I>1</I> 0n a form6 un bain liquide en m61angeant une solution aqueuse de carbonate de potassium (1 < ,C03) 50 % saturee avec des quantites d'eau oxyg6nee et de glyc6rine propres ä fournir un bain dont 1'analyse est la suivante, en poids : 27,6 % K2C03, 0,5 0/0 H202, 18,5 % de glyc6rine et 53,4 % d'eau.
La pile ä combustible decrite, comprenant RTI ID="0003.0278" WI="4" HE="4" LX="1031" LY="2147"> ce bain liquide, a donnd les resultats suivants
AMP circuit ouvert 0,1 0,18 0,32 0,36 0,39 VOLT 0,64 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 Exemple <I>2</I> 0n a prepare, comme decrit Jans 1'exemple 1, un bain liquide dont 1'analyse en poids est la suivante 28,4 % K#,C03 , 0,2 0/0 H202, 9,4 0/0 de glycdrine et 62,0 0/0 d'eau.
La pile ä combustible decrite, comprenant ce bain liquide, a donn6 les r6sultats suivants
AMP circuit ouvert 0,056 0,15 0,45 0,64 0,72 VOLT 0,55 0,45 0,40 0,30 0,20 0,12 Exemple <I>3</I> 0n a pr6pare, comme d6crit dans 1'exemple 1, un bain liquide, dont 1'analyse en poids est la suivante 26,6 % K2C03, 0,1 % H2O., 18,7 % de glyc6rine et 54,6 % d'eau.
La pile ä combustible decrite, comprenant ce bain liquide, a donn6 les r6sultats suivants
AMP circuit ouvert 0,10 0,18 0,32 0,36 0,39 VOLT 0,64 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 Exemple <I>4</I> 0n a pr6par6 un bain liquide en m61angeant une solution aqueuse de bicarbonate de potassium (KHC03) avec des quantites d'eau oxyg6n6e et de glyc6rine choisies de maniere ä former un bain prd- sentant 1'analyse suivante, en poids : 15,9 % KHC03, 1,2% H202, 11,9% de glyc6rine et 71,0% d'eau.
La pile ä combustible d6crite, comprenant ce bain liquide, a donn6 les r6sultats suivants
AMP circuit ouvert 0,024 0,04 0,055 0,085 0,135 VOLT 0,19 0,19 0,17 0,16 0,14 0,12 Exemple <I>5</I> 0n a prepar6, comme decrit Jans 1'exemple 3, un bain liquide pr6sentant 1'analyse suivante, en poids 29,9 % K.,C03, 0,1 % H202, 8,9 % de glyc6rine et 61.,1 % d'eau.
La pile ä combustible d6crite, comprenant ce bain liquide, a donn6 les rdsultats suivants
AMP circuit ouvert 0,05 0,13 0,29 0,37 0,42 VOLT 0,52 0,45 0,40 0,30 0,20 0,15 Exemple <I>6</I> 0n a prdpar6, comme d6crit Jans 1'exemple 5, un bain liquide pr6sentant 1'analyse suivante, en poids 28,2 % K2C03, 0,6 % H202, 9,4 % de glyc6rine et 61,8 % d'eau.
La pile ä combustible d6crite, comprenant ce bain liquide, a donnd les r6sultats suivants
AMP circuit ouvert 0,02 0,045 0,27 0,55 0,75 VOLT 0,34 0,30 0,28 0,25 0,20 0,13 Ainsi qu'il ressort de ce qui pr6cede, la pile ä combustible ddcrite comprend un bain liquide qui obvie aux inconvdnients rencontrds dans les piles ä combustible de la technique antdrieure et qui rem- plit tour les buts dnonc6s plus haut, et cela Jans une mesure remarquablement inattendue.

Claims (3)

  1. REVENDICATION Pile ä combustible pour la production directe d'6nergie 61ectrique, comprenant une enceinte for- mant une chambre contenant desRTI ID="0003.0534" WI="15" HE="3" LX="1638" LY="2427"> 61ectrodes ä com- bustible et ä comburant qui sont disposdes ä distance Tune de 1'autre dans un bain liquide consistant en eau, en un 6lectrolyte, en un comburant liquide et en un combustible liquide, caract6ris6e en ce que ledit electrolyte est un sel soluble Jans 1'eau choisi parmi les carbonates et bicarbonates de sodium et de potassium, en ce que ledit comburant est de Peau oxygenee et en ce que ledit combustible liquide est de la glycerine. SOUS-REVENDICATIONS 1. Pile selon la revendication, caracterisee en ce que ledit sel soluble dans Feau est present en Pro portion de 3 ä 30 0/0, en poids du bain.
  2. 2. Pile selon la revendication, caracterisee en ce que la glycerine est presente en Proportion de 5 ä 20 ()/o, en poids du bain.
  3. 3. Pile selon la revendication, caracterisee en ce que Peau oxygenee est presente en Proportion de 0,1 ä 3,0 0/0, en poids du bain.
CH319562A 1961-01-26 1962-03-16 Pile à combustible CH406335A (fr)

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