Procédé de fabrication d'une batterie de piles à combustible
La présente invention constitue un perfectionnee ment du procédé de fabrication d'une batterie de piles à combustible qui fait l'objet de la revendication Il du brevet principal no 491510, dont la teneur est la suivante: Procédé de fabrication d'une batterie de piles à combustible à électrolyte solide, caractérisé par le fait que l'on dépose sur un support poreux une première couche comprenant alternativement des parties en un matériau conducteur électronique formant chacune la première électrode d'une des piles et des parties étanches en un matériau non conducteur électronique, de manière que les parties étanches forment chacune.
isolation entre les électrodes, que l'on dépose sur cette première couche des parties formant chacune l'électro; lyte d'une des piles de manière que chacune de ces parties recouvre la majeure partie de la première élec troue de la pile correspondante et une partie de l'isolation la séparant de la première électrode d'une des piles voisines, puis des parties.
en un matériau étanche conducteur électronique, de manière que chacune de ces dernières parties recouvre la majeure partie de l'isolation séparant deux électrodes et la partie non recouverte par l'électrolyte de l'une de ces électrodes, et que l'on dépose finalement sur la deuxième couche ainsi formée une troisième couche comprenant des parties séparées en un matériau conducteur électronique formant chacune la seconde électrode d'une des piles, de manière que chacune de ces dernières parties recouvre la majeure partie de l'électrolyte d'une des piles et que l'une de ses extrémités soit reliée à la partie conductrice électronique de la deuxième couche recouvrant partiellement la première électrode de la pile voisine..
Ce perfectionnement porte sur la manière de fabriquer les anodes.
Dans le brevet principal, et en particulier dans l'exemple, la fabrication des anodes est décrite en détails dans le cas particulier où celle#s;ci sont en nickel. Cette fabrication comprend l'opération qui consiste à déposer, au moyen d'un chalumeau à plasma, une couche d'aluminure de nickel directement sur le support de la batterie. On attaque ensuite la couche d'aluminure au moyen d'une solution concentrée d'une base alcaline forte de manière à obtenir une couche poreuse de nickel. Une fois ce traitement chimique effectué, on procède au dépôt des autres couches. de la façon décrite dans le brevet principal. Cette manière de former les anodes donne des résultats satisfaisants en ce qui concerne les caractéristiques des. batteries obtenues.
Toutefois elle ralentit l'ensemble de la fabrication de ces batteries puisqu'elle oblige à interrompre la série de projection au chalumeau à plasma pour procéder à un traitement chimique d'une durée relativement longue, surtout par rapport à la rapidité des projections au chalumeau.
Le procédé selon l'invention apporte une amélioration sensible à la fabrication des batteries puisqu'il permet de fabriquer ces batteries uniquement au moyen de projections au chalumeau à plasma. Ce procédé facilite donc la mise en oeuvre de manière automatique de la fabrication d'une batterie selon le brevet principal.
Le procédé selon l'invention est caractérisé par le fait que l'on dépose sur le support de la batterie une couche d'oxyde du métal ou des métaux choisis pour constituer les anodes, cet oxyde étant réductible dans les conditions de fonctionnement de la batterie, que l on effectue ensuite tous les autres dépôts et que l'on met la batterie en température, en faisant circuler le combustible dans le compartiment prévu à cet effet, de sorte que l'on obtient, par réduction de la couche d'oxyde une couche anodique métallique de porosité homogène.
C'est lorsqu'on effectue le dépôt de la couche d'oxyde par projection au moyen d'un chalumeau à plasma que l'on obtient les meilleurs résultats et que, comme il a été dit plus haut, le perfectionnement apporté au procédé, trouve son utilité maximale. Toutefois, on pourrait également avoir recours à du'autres techniques connues, par exemple la projection au cha lumeau à flamme ordinaire, le dépôt par réaction chimique en phase vapeur, etc.
On peut utiliser, lors du dépôt par projection au chalumeau, le dispositif décrit dans le brevet principal, éventuellement en combinaison avec le système de cache perfectionné décrit dans le brevet additionnel no 505 480.
Comme conditions normales de mise en température de la batterie, il faut entendre le chauffage de la batterie de la température ordinaire jusqu'à sa température de fonctionnement, 800 0C environ, en un temps compris entre une demi-heure et une heure, en faisant circuler le combustible dans le compartiment prévu à cet effet, avec un débit voisin du débit nécessaire lors du fonctionnement normal de la batterie. Ces conditions sont celles dans lesquelles on met en marche les batteries décrites dans le brevet principal aussi bien lors de leur première mise en service que lors des mises en marche ultérieures.
Comme oxyde réductible dans ces conditions et qui correspond à un métal qui convient comme anode dans la batterie selon le brevet principal, on peut mentionner, par exemple, les suivants: NiO, PeO et CoO.
Si l'on dépose l'un de ces. oxydes, ou un mélange d'au moins deux d'entre eux, sous forme d'une couche d'une épaisseur comprise entre 20 et 50 microns sur le support de la batterie, on obtient la réduction complète de l'oxyde ou des oxydes en métal ou métaux corm pondants lorsque l'on atteint la température de fonctionnement de la pile dans les conditions indiquées plus haut.
D'autres oxydes peuvent également entrer en ligne de compte s'ils satisfont aux conditions suivantes: ils doivent correspondre à un métal convenant comme anode de la batterie conforme au brevet principal; ils doivent être réductibles par au moins un combustible convenant à l'utilisation de cette batterie, sans néces siter pour cela une température excédant le domaine de fonctionnement de la batterie ou tout au moins une température que la batterie ne puisse supporter sans détérioration. Enfin, le temps nécessaire à la réduction de ces oxydes à la température maximale ainsi définie ne doit pas dépasser notablement la durée de mise en température normale de la batterie.
Exemple
On fabrique une batterie de piles à combustible comme décrit dans l'exemple qui figure dans le brevet principal à la différence près que, lors de la deuxième projection, on projette de l'oxyde de nickel en poudre ayant une granulométrie moyenne de 40 microns, de façon à déposer une couche de 50 microns d'épaisseur et que l'on n'effectue pas d'attaque chimique. On effectuera la première mise en température de la batterie, de la température ambiante à 8000 C, en 40 minutes, en faisant circuler, dans le compartiment prévu à cet effet à l'intérieur du tube, un courant d'hydrogène avec un débit uniforme de 300 cm5 par minute. La batterie obtenue présente les mêmes caractéristiques que la batterie dont la fabrication est décrite dans l'exemple du brevet principal.
Method of manufacturing a fuel cell battery
The present invention constitutes an improvement in the method of manufacturing a fuel cell battery which is the subject of claim II of main patent No. 491510, the content of which is as follows: Method of manufacturing a battery of cells solid electrolyte fuel, characterized in that a first layer is deposited on a porous support, comprising alternately parts made of an electronically conductive material each forming the first electrode of one of the cells and sealed parts of a non-conductive material electronic, so that the waterproof parts each form.
insulation between the electrodes, which are deposited on this first layer of the parts each forming the electro; lyte one of the cells so that each of these parts covers the major part of the first electro hole of the corresponding cell and part of the insulation separating it from the first electrode of one of the neighboring cells, then parts.
made of a sealed electronically conductive material, so that each of these latter parts covers the major part of the insulation separating two electrodes and the part not covered by the electrolyte of one of these electrodes, and which is finally deposited on the second layer thus formed a third layer comprising separate parts of an electronically conductive material each forming the second electrode of one of the cells, so that each of these latter parts covers the major part of the electrolyte of one of the cells and that one of its ends is connected to the electronically conductive part of the second layer partially covering the first electrode of the neighboring cell.
This improvement relates to the way of manufacturing the anodes.
In the main patent, and in particular in the example, the manufacture of the anodes is described in detail in the particular case where they are made of nickel. This manufacture comprises the operation which consists in depositing, by means of a plasma torch, a layer of nickel aluminide directly on the battery support. The aluminide layer is then attacked by means of a concentrated solution of a strong alkaline base so as to obtain a porous layer of nickel. Once this chemical treatment has been carried out, the other layers are deposited. as described in the main patent. This way of forming the anodes gives satisfactory results as regards the characteristics of. batteries obtained.
However, it slows down the production of these batteries as a whole since it makes it necessary to interrupt the series of plasma torch spraying in order to carry out a chemical treatment of a relatively long duration, especially compared to the speed of the torch sprayings.
The method according to the invention provides a significant improvement in the manufacture of batteries since it makes it possible to manufacture these batteries only by means of projections with a plasma torch. This method therefore facilitates the automatic implementation of the manufacture of a battery according to the main patent.
The method according to the invention is characterized by the fact that a layer of oxide of the metal or metals chosen to constitute the anodes is deposited on the support of the battery, this oxide being reducible under the operating conditions of the battery. , that we then carry out all the other deposits and that we bring the battery to temperature, by circulating the fuel in the compartment provided for this purpose, so that we obtain, by reduction of the oxide layer a metallic anode layer of homogeneous porosity.
It is when the deposition of the oxide layer is carried out by projection using a plasma torch that the best results are obtained and that, as has been said above, the improvement made to the process, finds its maximum utility. However, recourse could also be had to other known techniques, for example spraying with heat with an ordinary flame, deposition by chemical vapor reaction, etc.
The device described in the main patent may be used during the deposition by spraying with a torch, optionally in combination with the improved cover system described in the additional patent No. 505,480.
As normal conditions for warming up the battery, it is necessary to understand the heating of the battery from ordinary temperature to its operating temperature, approximately 800 ° C., in a time of between half an hour and one hour, by making circulate the fuel in the compartment provided for this purpose, with a flow rate close to the flow rate required during normal operation of the battery. These conditions are those in which the batteries described in the main patent are started up both when they are put into service for the first time and when they are put into operation subsequently.
As the oxide reducible under these conditions and which corresponds to a metal which is suitable as an anode in the battery according to the main patent, there may be mentioned, for example, the following: NiO, PeO and CoO.
If we drop one of these. oxides, or a mixture of at least two of them, in the form of a layer with a thickness between 20 and 50 microns on the support of the battery, the complete reduction of the oxide or oxides is obtained metal or common metals when the operating temperature of the battery is reached under the conditions indicated above.
Other oxides may also be taken into account if they meet the following conditions: they must correspond to a metal suitable as the anode of the battery in accordance with the main patent; they must be reducible by at least one fuel suitable for the use of this battery, without necessitating for this a temperature exceeding the operating range of the battery or at least a temperature that the battery cannot withstand without deterioration. Finally, the time required for the reduction of these oxides to the maximum temperature thus defined must not notably exceed the period of normal heating of the battery.
Example
A fuel cell battery is manufactured as described in the example which appears in the main patent with the difference that, during the second projection, powdered nickel oxide is sprayed with an average particle size of 40 microns, so as to deposit a layer 50 microns thick and that no chemical attack is carried out. The battery will be warmed up for the first time, from ambient temperature to 8000 C, in 40 minutes, by circulating, in the compartment provided for this purpose inside the tube, a current of hydrogen with a uniform flow. of 300 cm5 per minute. The battery obtained has the same characteristics as the battery whose manufacture is described in the example of the main patent.