EP4669792A1 - Pile d'electrolyseur a faibles courants de fuite - Google Patents

Pile d'electrolyseur a faibles courants de fuite

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Publication number
EP4669792A1
EP4669792A1 EP24724445.2A EP24724445A EP4669792A1 EP 4669792 A1 EP4669792 A1 EP 4669792A1 EP 24724445 A EP24724445 A EP 24724445A EP 4669792 A1 EP4669792 A1 EP 4669792A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
stack
plate
seal
intermediate plate
zone
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24724445.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Sébastien BORGUET
Armand Gering
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
John Cockerill Hydrogen Belgium SA
Original Assignee
John Cockerill Hydrogen Belgium SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by John Cockerill Hydrogen Belgium SA filed Critical John Cockerill Hydrogen Belgium SA
Publication of EP4669792A1 publication Critical patent/EP4669792A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/60—Constructional parts of cells
    • C25B9/65—Means for supplying current; Electrode connections; Electric inter-cell connections
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
    • C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
    • C25B9/75—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having bipolar electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Definitions

  • the invention relates to the field of electrolysis and more particularly the production of hydrogen.
  • electrolyzer stack usually consists of a block of electrolytic cells, which are stacked in series from an electrical point of view and in parallel from a fluidic point of view, and of seals.
  • Each electrolytic cell has the purpose of promoting the electrolysis of an electrolytic solution (alkaline water, pure water, unpurified water, salt, aqueous chloride solution, aqueous bromide solution, aqueous hydrochloric acid solution, etc.).
  • an electrolyzer cell is to promote the reaction of production of dihydrogen (H2) and dioxygen (02) gas resulting from the dissociation of water after injecting a direct electric current into an alkaline solution, generally potassium hydroxide (KOH) or sodium hydroxide (NaOH).
  • Each electrolytic cell considered as a mainly metallic and conductive part (but some parts of which may be non-metallic), is generally composed of two bipolar plates, framing two intercalators (better known under the English term of "flow field material"), themselves framing two electrodes generally in the form of plates or grids or metal fabrics.
  • said electrodes are generally made of nickel.
  • the two electrodes (a cathode and an anode) are separated by a membrane (also called a diaphragm or porous separator in the case of the alkaline electrolyzer cell), which ensures electrical insulation between the two electrodes, the gas separation as well as ionic conduction within the electrolytic cell.
  • the interlayer has two functions: i) to provide a low resistivity metallic path between each bipolar plate and the associated electrode and ii) to allow proper circulation of the electrolytic solution for cooling of the electrolyzer stack and transport of the generated gases.
  • the name bipolar plate comes from the fact that since the electrolytic cells are all attached to each other, an N bipolar plate will have a potential: higher compared to the N+l bipolar plate downstream, so that the N bipolar plate will play the role of anode within an electrolytic cell defined by the N and N+l bipolar plates; lower compared to the N-l bipolar plate upstream, so that the N bipolar plate will play the role of cathode within an electrolytic cell defined by the N-l and N bipolar plates.
  • the distribution plates which allow the power supply and electrical distribution of the electrolytic cells
  • the bottom plates allowing the delimiting of all the electrolytic cells and ensuring the clamping of said electrolytic cells between them and their sealing.
  • the electrolyser stack ends with two bottom plates located just before the first electrolytic cell and just after the last stacked electrolytic cell, in other words one bottom plate is located upstream of the block of electrolytic cells and the other bottom plate is placed downstream of the latter in order to physically delimit the two ends of said block of electrolytic cells.
  • the electrolytic solution has a high ionic conductivity.
  • leakage currents will propagate, via the electrolyte, into the electrolyte supply and discharge network of two-phase mixtures (i.e. electrolyte and oxygen on the one hand and electrolyte and hydrogen on the other hand). These leakage currents penalize the overall efficiency of the electrolysis process.
  • leakage currents can be compensated either by reducing the passage section of the pipes or by using pipes made of electrically insulating materials in the electrolyte supply and two-phase mixture evacuation networks.
  • the first solution causes pressure losses which may lead to poor distribution of the electrolyte between the electrolytic cells and to difficulties in evacuating the gases produced by the electrolysis.
  • the materials used to implement the second solution are generally polymer materials whose properties impose limitations on the pressure and temperature of the fluid circulating in the pipes.
  • An aim of the invention is to propose an electrolyzer cell having improved efficiency.
  • an electrolyser stack comprising two bottom plates enclosing a stack of elements comprising electrolytic cells, and at least one intermediate plate clamped in the stack of elements.
  • the intermediate plate has a thickness in which are arranged at least one electrolyte supply conduit, a first conduit for discharging the first electrolysis product and a second conduit for discharging the second electrolysis product which are respectively integrated into a supply network, into a first network evacuation and a second evacuation network.
  • Each of these conduits formed in the intermediate plate has a length greater than the thickness of the intermediate plate and has at least one section bent to form a U with two branches extending next to each other in the direction of the thickness of the intermediate plate.
  • the conduits provided in the intermediate plate increase the electrical resistance of the supply network and the evacuation networks by increasing their lengths without causing an equivalent increase in the axial size of the electrolyser stack or affecting the flow rate of the fluids circulating in said networks for a given pumping capacity.
  • This solution therefore presents a compromise between increasing the electrical resistance of the networks and the axial size of the electrolyser stack, influencing the overall efficiency of the electrolyser stack.
  • the electrolyzer stack according to the invention may optionally comprise one or more of the following optional features:
  • the plurality of electrolytic cells comprises between ten and four hundred and preferably between twenty and fifty electrolytic cells;
  • the intermediate plate is a bipolar plate of one of the electrolytic cells
  • the intermediate plate is a current distribution plate extending between an end plate and the adjacent electrolytic cell
  • the stack of elements is arranged vertically or horizontally.
  • FIG. 1 is an exploded schematic view of an electrolytic cell of an electrolyser stack according to a particular embodiment of the invention
  • FIG 2 is a perspective view of a bipolar plate of the electrolytic cell shown in Figure 1,
  • Figure 3a is a sectional view of a portion of the bipolar plate shown in Figure 2,
  • Figure 3b is a sectional view of a portion of the bipolar plate illustrated in Figure 2, a membrane of said electrolytic cell also being present,
  • Figure 3c is a sectional view of a portion of the electrolytic cell shown in Figure 1
  • Figure 4 is a view of an electrolyzer stack comprising electrolytic cells as shown in Figure 1
  • Figure 5 is a front view of an intermediate plate according to the invention
  • Figure 6 is a sectional view along line VI-VI of the intermediate plate of Figure 5.
  • the invention relates to an electrolyser stack comprising a stack of elements extending longitudinally in a general direction A.
  • the various elements are mainly formed by electrolytic cells 10 which will be described below.
  • the electrolyzer stack 1 comprises a block 2 of electrolytic cells 10 which comprises at least two electrolytic cells 10 which are mounted adjacent to each other in the general direction A. Within the block 2, the electrolytic cells 10 are mounted in parallel with one another. fluidic point of view and in series from an electrical point of view.
  • bottom plates 3 and 4 form supports between which the electrolytic cells 10 are compressed so that the electrolyser stack 1 is sealed and so that a good quality electrical contact is created inside the electrolytic cells 10.
  • bottom plates 3 and 4 make it possible to support the forces generated by the internal pressure in block 2 as well as the external forces in block 2 necessary to ensure the compression of block 2.
  • the bottom plates 3 and 4 can play the role of electrical conductor and current distributor.
  • the electrolyser stack 1 comprises a first distribution plate 5 associated with the first bottom plate 3 and a second distribution plate 6 associated with the second bottom plate 4. It is then the distribution plates 5 and 6 which will here play the role of electrical conductor and current distributor.
  • the first distribution plate 5 (associated with the positive terminal) is arranged upstream of the block 2 and the second distribution plate 6 (associated with the negative terminal) is arranged downstream of said block 2.
  • a first of the two distribution plates, 5, is connected to the positive terminal of the electrolyser stack 1. Then, a portion of the main internal face of the first bottom plate 3 (main face facing the block 2 and in particular the distribution plate 5) is covered with a pellet made of electrically conductive material. insulating. Said portion is for example arranged in the center of said internal main face.
  • the second of the two distribution plates, 6, is connected to the negative terminal of the electrolyser stack 1.
  • the second bottom plate 4 will be at the same potential and also serves as a gateway for the supply of an electrolytic solution and the exhaust of this same solution charged with the gases formed during the electrolysis in block 2.
  • holes are provided in said second bottom plate 4. Said holes often have a different section between the two main faces of the second bottom plate 4.
  • the external main face (the one facing the outside of the block 2) has at least one or two holes (for example cylindrical in shape) for supplying electrolytic solution and two holes for discharging electrolytic reaction products in addition to the heated electrolytic solution.
  • At least three or four holes are drilled on the internal main face (opposite the external main face) of said second bottom plate 4 for the same purpose, and for example oblong holes to improve the distribution or collection of fluids.
  • the holes in the external main face are equipped with suitable flanges for connecting the electrolytic solution inlet and return pipes.
  • electrolyser stack 1 is here supplied with direct current.
  • the first distribution plate 5 has, for example, a potential of several hundred volts while the second distribution plate 6 has a potential of 0 volts
  • the electrolyser stack 1 typically comprises between 10 and 400, preferably between 100 and 350, electrolytic cells 10 having a cell voltage of the order of 2 volts and preferably less than 1.85 volts at the nominal point at the start of life).
  • the supply and evacuations of electrolytic solution are carried out at level of the second distribution plate 6 and the second bottom plate 4, the second distribution plate 6 having a potential of 0 volts which prevents any current leakage (the potential of the second distribution plate 6 being that of the earth).
  • seals are chosen from a material having a much greater electrical resistance than that of the electrolytic solution.
  • the electrolyser stack 1 comprises an end seal (not visible in the figures) arranged between the first distribution plate 5 and the first bottom plate 3. However, the first bottom plate 3 is grounded so that the potential difference at said end seal reaches the same value as the voltage applied between the positive and negative terminals of the electrolyser stack 1, for example, substantially 700 volts.
  • the first bottom plate 3 is electrically isolated from the block 2.
  • the electrolyser stack 1 comprises a layer (not visible in the figures) of electrically insulating material, a layer arranged between the first bottom plate 3 and the first distribution plate 5.
  • the layer is for example an attached disk or a deposit made on the first base plate 3 and/or the first distribution plate 5.
  • the electrolyzer stack 1 comprises means for fixing the different electrolytic cells 10 together by common clamping.
  • the fixing means comprise a plurality of tie rods 7.
  • Each tie rod 7 extends rectilinearly in the stack of the electrolyser cell 1.
  • Each tie rod 7 thus extends longitudinally in the electrolyser stack 1 parallel to the general direction A.
  • Each tie rod 7 is shaped into a rod.
  • the tie rods 7 therefore all extend parallel to each other.
  • the tie rods 7 are positioned around the perimeter of the different electrolytic cells 10.
  • the tie rods 7 are distributed all around the block 2 and preferably at a regular interval.
  • the tie rods 7 extend through the bottom plates 3 and 4 of the electrolyser stack 1, through specific holes in said bottom plates 3 and 4, and thus each have two ends external to the block 2.
  • the tie rods 7 are partly covered with a sleeve made of electrically insulating material.
  • a sleeve made of electrically insulating material. This makes it possible to avoid short circuits between the electrolytic cells 10 in the event of contact or projection.
  • the sleeve extends over the entire section of the tie rod 7 arranged between the two base plates 3 and 4.
  • the ends of the tie rods 7 are threaded.
  • the end threads are rolled threads.
  • the rolled threads will have the advantage of making the machining of the tie rods 7 easier, especially if the tie rods 7 are of a significant length, for example several meters long.
  • the fixing means also include nuts 8 screwed onto the ends of the tie rods 7.
  • the nuts 8 make it possible to constrain the two bottom plates 3 and 4 together, and therefore the different electrolytic cells 10 together, which ensures good sealing of the electrolyser stack 1 of electrolytic cells 10.
  • the fixing means also comprise means for prestressing the two bottom plates 3 and 4 between them and therefore the different electrolytic cells 10 between them.
  • Said prestressing means also make it possible to absorb deformations and/or variations thickness of the elements constituting the electrolyser stack 1, due to thermal expansion or to variations in external and internal mechanical stresses in the electrolyser stack 1 (such as, for example, the internal pressure in the electrolyser stack 1).
  • the prestressing means are received on the ends of the tie rods 7 so as to be arranged, for a given end, between the closest base plate (3 or 4) and the nuts 8 arranged on the same end.
  • the fixing means comprise spring washers 9 such as Belleville washers.
  • the spring washers 9 are received on the ends of the tie rods 7.
  • the spring washers 9 are more precisely here arranged on each tie rod 7, at the level of the external part of said tie rod 7, when the latter has passed through the closest base plate (3 or 4).
  • the fixing means thus described enable the electrolyser stack 1 to cope in particular with thermal expansions and/or variations in mechanical stresses external and internal to the electrolyser stack 1 (such as for example the internal pressure to the electrolyser stack 1).
  • all the electrolytic cells 10 of the electrolyser stack 1 are identical to each other so that the following description of an electrolytic cell 10 is also applicable to the description of the other electrolytic cells 10.
  • Such an electrolytic cell 10 comprises a central membrane 11 which is framed by two electrodes 12a and 12b (an anode and a cathode, respectively) which are themselves framed by two spacers 16 (or "flow field material" in English) which are themselves framed by two bipolar plates 14. Furthermore, the electrolytic cell 10 also comprises a seal 13 (the existence of which has already been mentioned above) which is compressed between the two bipolar plates 14 of the electrolytic cell 10.
  • the membrane 11, the spacers 16 and the electrodes 12a and 12b being known from the prior art, they will not be detailed here.
  • the two bipolar plates 14 of an electrolytic cell 10 being identical to each other, the following description of one of the bipolar plates 14 is also applicable to the other of the bipolar plates 14 of the same electrolytic cell 10.
  • the bipolar plate 14 is made of a material capable of withstanding the corrosive environment prevailing inside the electrolytic cell 10.
  • the bipolar plate 14 is for example nickel-based and is for example made of nickel or nickel-plated carbon steel.
  • the bipolar plate 14 is further shaped so as to have two main faces: a first main face facing the inside of the electrolytic cell 10 considered and a second main face facing the outside of the electrolytic cell 10 considered.
  • the bipolar plates 14 are asymmetrical (according to a plane of symmetry passing through the center of the bipolar plate considered). Consequently, within the same electrolytic cell 10, the first face of the bipolar plate 14 which is being described is opposite a second face of another bipolar plate 14 identical to that which is being described. Within block 2, all the bipolar plates 14 are oriented in the same way.
  • the Z axis here coincides with the general direction A.
  • the thickness of the bipolar plate 14 (along the Z axis) is less than its other dimensions.
  • the bipolar plate 14 is shaped so as to have a cross-section (in an XY plane) in any geometric shape (square, rectangular, disc, etc.).
  • the bipolar plate 14 here has a disc-shaped cross-section.
  • the outer perimeter of the bipolar plate 14 is defined by a first zone 21, a second zone 22 and a third zone 23.
  • the first zone 21 here extends over the entire circumference of at least one of the main faces of the bipolar plate 14.
  • the first zone 21 is therefore a ring forming the external periphery of the main face.
  • the first zone 21 makes it possible to improve the resistance to the internal pressure prevailing within the electrolytic cell 1 of the bipolar plate 14 and makes it possible to improve the sealing of the electrolytic cell 10 with respect to the exterior of the electrolytic cell 1.
  • said first zone 21 makes it possible to reinforce the resistance of the bipolar plate 14 in particular to the radial pressure loads exerted on the bipolar plate 14 (when the electrolytic cell 10 is arranged in the electrolytic cell 1).
  • the first zone 21 is sized to meet the standard applicable to pressure tanks and for example the PED 2014/68/EU standard.
  • the first zone 21 is preferably textured.
  • the first zone 21 comprises grooves, grooves, roughness, a rough appearance, etc. at the level of at least one of the main faces of the bipolar plate 14 and preferably at the level of the two main faces of the bipolar plate 14.
  • the circular edge of the bipolar plate 14 i.e. the surface connecting the two main faces of the bipolar plate 14 together
  • the second zone 22 further extends circumferentially so as to be bordered externally by the first zone 21.
  • the second zone 22 is coaxial with the first zone 21.
  • the second zone 22 here extends over the entire circumference of at least one of the main faces of the bipolar plate 14.
  • the second zone 22 is therefore a ring.
  • the second zone 22 is smooth i.e. not textured.
  • This second zone 22 is located around the electrolyte supply channels and the channels for discharging gaseous products resulting from electrolysis.
  • This second zone 22 is less thick (the thickness being considered along the Z axis) than the first zone 21.
  • the bipolar plate 14 is shaped to have at least one shoulder between the first zone 21 and the second zone 22.
  • the bipolar plate 14 is shaped to have two shoulders between the first zone 21 and the second zone 22. These two shoulders are here identical (as visible in FIG. 3a) and formed at the level of the two main faces of the bipolar plate 14.
  • the bipolar plate 14 is thus symmetrical along a central plane of symmetry parallel to the X and Y axes at the level of its first zone 21 and its second zone 22.
  • the narrowing between the first zone 21 and the second zone 22 makes it possible to achieve a different seal between the two zones.
  • the third zone 23 further extends circumferentially so as to be bordered externally by the second zone 22.
  • the third zone 23 is coaxial with the second zone 22.
  • the third zone 23 here extends over the entire circumference of the bipolar plate 14.
  • the third zone 23 is a ring.
  • This third zone 23 is less thick (the thickness being considered along the Z axis) than the second zone 22.
  • the bipolar plate 14 is shaped to present at least one shoulder between the second zone 22 and the third zone 23.
  • the bipolar plate 14 is shaped to have a single shoulder between the second zone 22 and the third zone 23.
  • This shoulder is provided at the level of the first main face of the bipolar plate 14, that is, the one facing the inside of the electrolytic cell 10. This shoulder makes it possible to house the membrane 11.
  • the second zone 22 and the third zone 23 extend in line with each other at the level of the second main face of the bipolar plate 14.
  • the second face of the bipolar plate 14 is devoid of such a shoulder so that the second face of the other bipolar plate 14 of the electrolytic cell 10 considered is devoid of such a shoulder.
  • the membrane 11 is thus arranged between the two bipolar plates 14 so as to be housed only in the shoulder of one of the two bipolar plates 14.
  • the bipolar plate 14 is thus asymmetrical according to a central plane of symmetry parallel to the X and Y axes if we consider the three aforementioned zones (as more visible in figures 3a and 3b and 3c).
  • the third zone 23 is entirely smooth (i.e. not textured) or partially smooth or entirely textured.
  • the third zone 23 is textured at the first main face of the bipolar plate 14. This facilitates holding the membrane 11 in place.
  • the third zone 23 comprises grooves, striations, asperities, a rough appearance, ...
  • the third zone 23 is smooth at the level of the second main face of the bipolar plate 14.
  • the thickness of the bipolar plate 14 (along the Z axis) therefore decreases as the shoulders progress, at the junction between the first and second zones 21 and 22 but also between the second zone 22 and the third zone 23.
  • the bipolar plate 14 is thus thicker at its first zone 21 than at its second zone 22 than at its third zone 23.
  • the first zone 21, the second zone 22 and the third zone 23 together form a crown 25.
  • the crown 25 thus forms the circumferential periphery of the bipolar plate 14.
  • a central portion 24 of the bipolar plate 14 further extends so as to be bordered externally by the third zone 23.
  • the central portion 24 is coaxial with the third zone 23.
  • the central portion 24 is solid.
  • the central portion 24 thus forms a circular plate.
  • This central portion 24 is less thick (the thickness being considered along the Z axis) than the third zone 23.
  • the bipolar plate 14 is shaped to have at least one shoulder between the third zone 23 and the central portion 24.
  • the bipolar plate 14 is shaped to have two shoulders between the third zone 23 and the central portion 24. These two shoulders are here identical and formed at the level of the two main faces of the bipolar plate 14.
  • the central portion 24 may optionally itself have at least one shoulder so that its thickness (the thickness being considered along the Z axis) narrows towards the center of the bipolar plate 14.
  • the central portion 24 is therefore the thinnest part (the thickness being considered along the Z axis) of the bipolar plate 14.
  • the central portion 24 may be smooth or textured.
  • the central portion 24 plays the role of current collector and will transmit it to the spacers 16 which are on either side of the latter 24.
  • the bipolar plate 14 has conduits 15 passing through it from side to side. These conduits 15 are dedicated to the supply of electrolytic solution and to the exhaust of the electrolysis products.
  • the bipolar plate 14 comprises between three and six conduits.
  • the conduits are for example associated two by two, the pairs of two conduits being distributed homogeneously on the circumference of the bipolar plate 14.
  • the bipolar plate 14 comprises a pair of conduits 15 for the supply of electrolyte, a first conduit 15 for evacuating a first electrolysis product (a two-phase mixture of electrolyte and dioxygen gas), a second conduit 15 for evacuating a second electrolysis product (a two-phase mixture of electrolyte and dihydrogen gas).
  • At least one of the conduits 15 is provided in the second zone 22.
  • all of the conduits 15 are provided in the second zone 22.
  • the conduits 15 may have a circular, oblong, ... or other shape cross section.
  • at least one of the conduits 15 has an oblong cross section.
  • the conduits 15 are connected to the internal volume of the electrolytic cell 10 by radial grooves/countersinks extending from the conduits 15 of the zone 22 to the central portion 24.
  • the central portion 24 In reality, the role of said central portion 24 is not really to support high pressure forces unlike the crown 25.
  • the central portion 24 thus has the main role of serving as a support for the components stacked within the electrolytic cell 10, namely the spacers 16, the electrodes 12a and 12b and the membrane 11. The forces are therefore equal on both faces of the central portion 24.
  • the bipolar plates 14 therefore have a particular geometry.
  • the thickness of each aforementioned zone varies between one and the other from a few tenths of a millimeter to several millimeters.
  • the thickness of a aforementioned zone also has a variable value under the effect of the thermal expansion of the bipolar plate 14 (the variability of the thickness of each zone due to the thermal expansion thus also varying from one zone to another).
  • the two bipolar plates 14 compress a seal 13 between them.
  • the two bipolar plates 14 compress between them a single sealing gasket 13.
  • all the seals 13 of the electrolytic cells 10 are identical within the block 2 so that the following description of one of the seals 13 is also applicable to the other seals 13 of the other electrolytic cells 10.
  • the main functionalities of the seal 13 are as follows: i) ensuring the sealing of each electrolytic cell 10 with respect to the outside of the electrolyser stack 1, ii) ensuring the sealing of the channels carrying a gas which is generated within the block 2 with respect to those carrying another gas generated within the block 2, iii) ensuring the sealing of the chambers seat of the electrolysis reactions where the two aforementioned gases are generated to isolate them from each other but also ensuring the sealing towards the channels mentioned just before, iv) acting as an electrical insulation layer between two adjacent bipolar plates 14 and v) defining the thickness at which The electrolytic cells 10 are compressed in the Z direction.
  • the seal 13 is shaped so as to have a square or rectangular cross-section (along a transverse cutting plane).
  • the seal 13 is therefore called a “flat seal”.
  • the seal 13 is shaped correspondingly to the shape of the crown 25 of the associated bipolar plate 14.
  • the seal 13 is generally shaped like a ring, the associated bipolar plate 14 being in the form of a disc.
  • seal 13 is pierced with a plurality of holes.
  • the holes made in the seal 13 correspond to those made in the zone 22 of the bipolar plate 14.
  • the seal 13 is shaped to have a diameter (of its cross section) as constant as possible over all its internal and external circumferences and/or a thickness (along the Z axis) as constant as possible over its entire section (but also from one seal 13 to another).
  • this makes it possible to have faces of the sealing gasket 13 as parallel as possible to each other and to the main faces of the facing bipolar plates 14. This makes it possible to further improve the sealing of the assembly.
  • the tolerance on the dimensions of the gasket 13 will depend on the application for which it is intended (for example the tolerance is +/-0.1 millimeter in thickness). As we have said, and as more visible in Figure 3c, the gasket 13 is compressed between two plates adjacent bipolar plates 14 and more precisely between the two external peripheries of the main faces opposite said bipolar plates 14 and more precisely between the two crowns 25 opposite said bipolar plates 14.
  • the bipolar plates 14 by compressing the seal 13, deform it in turn so as to delimit and characterize said seal 13 into three distinct portions.
  • the diameter of the seal 13 (in a cross section) is such that the seal 13 extends from the lateral edge of the bipolar plates 14 to the connection between the third zones 23 and the central portions 24 (preferably extending beyond the third zones 23).
  • each portion of the present seal 13 fulfills a distinct sealing function and is characterized by a specific compression level, the latter varying from one portion to another.
  • the physical and mechanical consequence is the variable reduction in thickness of said seal 13 depending on the portion considered.
  • the seal 13 when the seal 13 is in the resting state, it has a classic annular shape and a substantially single initial thickness.
  • the seal 13 has a first corresponding portion textured because it matches the geometry of said first zones 21;
  • the seal 13 has a second corresponding smooth portion, the seal 13 then also having a greater thickness than at its first portion;
  • the sealing gasket 13 has a third corresponding smooth and/or grooved portion.
  • the seal 13 is directly compressed between the first two zones 21 (without intermediate component).
  • the seal 13 is directly compressed between the two second zones 22 (without intermediate component).
  • the seal 13 is not directly compressed between the two third zones 23. Indeed, the membrane 11 is also present between these two third zones 23. Consequently, the seal 13 is compressed on one of its faces directly by one of the third zones 23 and on the other of its faces directly by the membrane 11 which is itself directly compressed by the third zone 23 of the bipolar plate 14 opposite.
  • the seal 13 At its third portion, the seal 13 then has a thickness substantially less than that of its second portion, the membrane 11 filling the remainder of the space between the two third zones 23. The sealing of the membrane 11 is thus obtained.
  • the seal 13 is thus distributed over its entire height (along the X axis) between its three portions and therefore between the three zones of the crowns 25.
  • the part of the electrolytic cell 10 located at the level of the first zones 21 of the two bipolar plates 14 and of the first portion of the seal 13 makes it possible to prevent the electrolyte solution or the gases from escaping from the electrolyser stack 1, in other words it is dedicated to ensuring the sealing of the electrolytic cell. 10 relative to the external environment. For example, it ensures a seal greater than or equal to 10 ⁇ 3 milligrams per meter per second - mg/ (m*s) when the seal is measured using helium gas - and preferably a seal greater than or equal to 10 ⁇ 4 mg/ (m*s).
  • This first part is characterized by the presence of textures on the bipolar plates 14 in which the seal 13 deforms.
  • the seal 13 can, by deforming, fill the hollows of the first portions of the bipolar plates 14 and thus reinforce the sealing of the electrolytic cell 10.
  • these textures constitute an additional obstacle to gases and other substances present, to find the path to the outside of the electrolyzer stack 1.
  • This presence of textures also plays a role which promotes friction between the electrolytic cells 10 and therefore the self-maintenance of the plurality of electrolytic cells 10 stacked to form the block 2. This advantage is reinforced when the block 2 is horizontal in operation.
  • the compression of the seal 13 is such that the seal 13 reaches, at the first part, a maximum thickness (along the Z axis) of 94% and preferably 78% and, more preferably, 75% of its starting thickness (when it is in its resting state flat on a flat surface without external stress).
  • the starting thickness is for example equal to or greater than 3.0 millimeters. Preferably, this starting thickness does not exceed 3.5 millimeters. Alternatively, a thinner seal can be used.
  • the second part of the electrolytic cell 10 located at the level of the second zones 22 of the two bipolar plates 14 and of the second portion of the seal 13 makes it possible to avoid an exchange between the channels carrying the dihydrogen and the dioxygen in the electrolytic cell. 10 or from the electrolytic cell 10 itself (from the third zone 23 and the central portion 24) to said channels.
  • the compression of the seal 13 is such that the seal 13 reaches, at the second part, a thickness (along the Z axis) of between 92 and 97% of its starting thickness (when it is in its resting state flat on a flat surface without external stress) and, preferably, a thickness of 92% of its starting thickness.
  • a thickness (along the Z axis) of between 92 and 97% of its starting thickness (when it is in its resting state flat on a flat surface without external stress) and, preferably, a thickness of 92% of its starting thickness.
  • the widening of the seal 13 between the first zones 21 and the second zones 22 makes it possible to achieve a different seal between the first zones 21 and the second zones 22.
  • the seal between the first zones 21 and the second zones 22 is in any case of good quality.
  • the third part of the electrolytic cell 10 located at the level of the third zones 23 of the two bipolar plates
  • the third portion of the seal 13 thus defines a third compression zone intended to maintain the membrane 11 and to ensure its sealing on its perimeter.
  • the compression of the seal 13 is such that the seal 13 reaches, at the level of the third part, a thickness (along the Z axis) of between 86 and 92% of its initial thickness (when it is in its resting state flat on a flat surface without external stress) and, preferably, a thickness of between 88 and 92% of its initial thickness and, more preferably, a thickness of 90% of its initial thickness.
  • the seal 13 is made of homopolymer material or copolymer material and for example of thermoplastic material.
  • the seal 13 is made of a material of the polytetrafluoroethylene or polytetrafluoroethene type (commonly abbreviated PTFE or better known under the trade name Teflon - registered trademark) or FKM (better known under the trade name Viton - registered trademark).
  • PTFE polytetrafluoroethylene or polytetrafluoroethene type
  • FKM better known under the trade name Viton - registered trademark
  • the material is made of, or based on, or of the type of, polytetrafluoroethylene or polytetrafluoroethene with at least one filler added.
  • the filler is fiberglass.
  • said material is reinforced polytetrafluoroethylene.
  • reinforced polytetrafluoroethylene is glass fiber reinforced polytetrafluoroethylene or reinforced polytetrafluoroethene is carbon fiber reinforced polytetrafluoroethene.
  • the properties of the seal 13 described are defined below: good behavior of the material and conservation of its good mechanical properties at the operating temperature of the electrolytic cell 10 which is nevertheless high (typically of the order of 90 to 95 degrees Celsius) and this over the long term; resistance to the corrosive environment inside the electrolytic cell 10 and this over the long term; good sealing properties; good electrical insulation properties (given by good electrical resistance) and this even at the operating temperature and in contact with the electrolyte solution; little creep allows a good longevity of the electrolyzer stack 1 of electrolytic cells 10; slight creep behavior all the same in order to best match the geometrical particularities of the seating area 21 of the sealing gasket 13; uniformity of thickness (along the Z axis).
  • the end seal arranged between the first distribution plate 5 and the first bottom plate 3 is made of the same material as that of the seal 13 of an electrolytic cell 10 which has just been described.
  • the end seal is for example identical to said seal 13.
  • Said end seal is optionally made of homopolymer material or copolymer material and for example of thermoplastic material.
  • the layer of electrically insulating material between the first bottom plate 3 and the first distribution plate 5 is made of the same material as that of the end seal arranged between the first distribution plate 5 and the first bottom plate 3.
  • the layer of electrically insulating material between the first bottom plate 3 and the first distribution plate 5 is made of the same material as that of said seal 13.
  • Said layer is optionally made of homopolymer material or copolymer material and for example of thermoplastic material.
  • the end seal arranged between the second distribution plate 6 and the second bottom plate 4 is made of the same material as that of said seal 13 of an electrolytic cell 10 which has just been described.
  • Said end seal is for example identical to said seal 13.
  • Said end seal is optionally made of homopolymer material or copolymer material and for example of thermoplastic material.
  • the pellet arranged on the internal face of the first distribution plate 5 is a layer of material directly attached to the first distribution plate 5 or is formed by deposition of powder, such as a fluoropolymer and in particular ethylene-chlorotrifluoroethylene such as that produced under the Halar brand by the company SOLVAY.
  • the electrolytic cell 10 thus described has very good sealing due to the specific compression of the sealing gasket 13 between the bipolar plates 14.
  • the electrolytic cell 10 is made watertight by means of a single seal 13 and this with three different sealing and compression zones.
  • the use of a single seal 13 made of plastic (and no longer made of elastomer as in the prior art) also makes it possible to improve the sealing of the electrolyser stack.
  • the seal 13 is more resistant, even over a long period, to the corrosive environment prevailing inside the electrolyser stack 1.
  • the seal 13 is thus made of a hard material resistant to the strong mechanical compressions to which the electrolyser stack 1 is subjected.
  • the electrolyser stack 1 also comprises intermediate plates, generally designated 30, which are clamped in the stack of elements forming the block 2.
  • Each intermediate plate 30 comprises an external peripheral part 31 of annular shape and a central part 32 of discoidal shape.
  • the intermediate plate 30 has a thickness in which at least two conduits are provided here. electrolyte supply, a first evacuation conduit for the first electrolysis product and a second evacuation conduit for the second electrolysis product, all designated by the reference numeral 33, which are respectively integrated into the supply network, the first evacuation network and the second evacuation network of the electrolyser stack 1.
  • the thickness of the intermediate plate 30 here has a measurement of between a few millimetres and a few tens of millimetres and, preferably, between 50 and 70 mm.
  • Each of the conduits 33 formed in the intermediate plate 30 opens in the vicinity of the opposite main faces of the external peripheral part 31 respectively by an inlet orifice and an outlet orifice and has between these two orifices a length greater than the measurement of the thickness of the intermediate plate 30.
  • Each conduit 33 comprises an elbow section 34 connecting the inlet and outlet orifices to each other by extending into the central part 32 of the intermediate plate 30 and, preferably, to the vicinity of the center of the central part 32.
  • the elbow section 34 thus has a U shape with two branches which extend parallel to the main faces of the intermediate plate 30 and which have first ends connected to each other by an elbow and on the opposite side each an end forming one of the orifices on the main faces of the intermediate plate 30.
  • the intermediate plates 30 are made of electrically conductive material. driver by additive manufacturing, molding (using for example drawer molds), forging then machining...
  • the intermediate plates 30 are distributed in the block 2 so that two intermediate plates 30 are arranged on either side of a plurality of the electrolytic cells 10.
  • the plurality of electrolytic cells 10 preferably comprises between twenty and fifty electrolytic cells 10.
  • the sealing between each intermediate plate 30 and the electrolytic cells 10 which surround it is for example ensured by two sealing gaskets identical to the sealing gaskets 13.
  • subassemblies are individually constructed, each subassembly being composed by assembling two spacers 16 and two electrodes 12a, 12b on either side of a bipolar plate 14. Each subassembly strictly speaking constitutes two adjoining electrolytic half-cells 10.
  • said subassemblies are stacked successively, separated from each other by a membrane 11 and a seal 13, forming said electrolytic cells 10 electrically connected in series.
  • the last electrolytic cell 10 at one end of the block 2 is covered by the second distribution plate 6, itself covered by the second bottom plate 4 and the last electrolytic cell 10 at the other end of the block 2 is covered by the first distribution plate 5, itself covered by the first bottom plate 3, thus delimiting the electrolyser stack 1.
  • An intermediate plate 30 is periodically interposed between two consecutive electrolytic cells 10. During this operation, care is of course taken to ensure that the conduits 33, 15 are in communication with each other to form the supply network, the first evacuation network and the second evacuation network.
  • the newly assembled electrolyser stack 1 is put into compression using the tie rods 7, nuts 8 and spring washers 9.
  • Such an assembly with thick distribution plates 5 and 6 and thin and flat bipolar plates 14 allows homogeneity of the current in all the electrolytic cells 10 of the electrolyser stack 1 while the voltage is different across each electrolytic cell 10 and that the current is only connected to one or more points on the periphery of each distribution plate 5 and 6.
  • bipolar plates 14 are well parallel to each other within the block 2 thanks to their particular shape and the good tightening of each sealing gasket 13. This further improves the homogeneity of the current in all the electrolytic cells 10.
  • each sealing joint 13 must ideally allow in particular each sealing joint 13: to deform according to the geometry imposed by the bipolar plates 14 enclosing it, to sink into the textures of the first zones 21 in order to fill them, to deliberately and prematurely age the material composing it, to eliminate as best as possible the plastic component, to bring its material into a range of elastic behavior (centered on an operating point of the electrolyzer stack 1). to reach the desired tightening value combining both the desired seals and the electrical contacts between the different components making it possible to achieve the envisaged energy performances.
  • the nominal operating point of the electrolyser stack 1 is for example 85 degrees Celsius under 3 Megapascals.
  • the invention is not limited to the embodiment described but encompasses any variant falling within the scope of the invention as defined by the claims.
  • the end seal(s) may be different from seals 13.
  • the electrolyzer stack 1 may be assembled differently from what has been described.
  • the electrolyzer stack 1 may be used horizontally, vertically or in any other position.
  • the electrolyzer stack 1 may be assembled horizontally, vertically or in any other position.
  • the electrolyzer stack 1 will be assembled vertically and used horizontally.
  • the distribution plate 5, 6 may have only one conduit 33 opening at each of its ends onto a respective one of the main faces of the distribution plate 5, 6.
  • each conduit 33 it is preferable to have two grooves associated with each end of each conduit 33 for redundancy reasons.
  • the different conduits 33 may not be identical to each other.
  • the different grooves may not be identical to each other.
  • the two distribution plates 5, 6 each associated with one end of block 2 may be different and not identical to each other as mentioned above.
  • the distribution plate 5, 6 may have only one reinforcement and not two as indicated.
  • the distribution plate 5, 6 may include at least one conduit 33 not opening at at least one of its ends on the external periphery of the associated main face (and for example opening in the central zone of said main face and for example in the recess possibly present on said main face).
  • the distribution plate 5, 6 may comprise at least one conduit 33 opening at least at one of its ends into a recess in said distribution plate 5, 6.
  • the conduit 33 will open at least at one of its ends at a position sufficiently close to the external periphery of one of the main faces to allow complete or almost complete emptying (emptying of a liquid and/or a gas) present in the space between the distribution plate 5, 6 in question and the bottom plate 3, 4 opposite.
  • this conduit 33 may be arranged so as to open at a first end into the recess in the first main face of the distribution plate 5, 6 and to open at a second end into the recess in the second main face of said distribution plate 5, 6 so as to put the two recesses in communication.
  • the electrolyser stack 1 may comprise three electrodes, namely two end cathodes and a central anode.
  • One or more of the bipolar plate(s) 14 may be arranged with conduits 15 having a bent section to make this or these bipolar plate(s) 14 one or more intermediate plate(s) 30.
  • all or part of the conduits 15 formed in the intermediate plate 30 has a length greater than the thickness of the bipolar plate 14.
  • one or both of the intermediate plate(s) 30 may be formed by one or more of the distribution plate(s) 5, 6 extending between an end plate 3, 4 and the adjacent electrolytic cell 10.
  • the conduits 15 provided in the distribution plate 5, 6 have a length greater than the thickness of the distribution plate 5, 6.
  • the spring washers 9 can be placed at both ends of the tie rod or at just one of these ends and/or be replaced by any elastic compression member.
  • the U-shaped sections may not extend to the center of the intermediate plate.

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Abstract

Pile d'électrolyseur comprenant deux plaques de fond enserrant une pile d'éléments comportant des cellules électrolytiques, et au moins une plaque intermédiaire (30) serrée dans la pile d'éléments. La plaque intermédiaire (30) a une épaisseur dans laquelle sont ménagés au moins un conduit d'adduction d'électrolyte, un premier conduit d'évacuation du premier produit d'électrolyse et un deuxième conduit d'évacuation du deuxième produit d'électrolyse (33) qui sont intégrés respectivement à un réseau d'adduction, à un premier réseau d'évacuation et à un deuxième réseau d'évacuation. Chacun de ces conduits (33) ménagés dans la plaque intermédiaire (30) a une longueur supérieure à l'épaisseur de la plaque intermédiaire (30) et comprend un tronçon coudé (34) reliant les orifices d'entrée et de sortie l'un à l'autre.

Description

PILE D' ELECTROLYSEUR A FAIBLES COURANTS DE FUITE
L'invention concerne le domaine de 1 ' électrolyse et plus particulièrement la production d'hydrogène.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
L'architecture globale d'une pile d' électrolyseur (généralement désignée par le terme de « stack d' électrolyseur ») est usuellement constituée d'un bloc de cellules électrolytiques, qui sont empilées en série d'un point de vue électrique et en parallèle d'un point de vue fluidique, et de joints d'étanchéité.
Chaque cellule électrolytique a pour but de favoriser 1 ’ électrolyse d'une solution électrolytique (eau alcaline, eau pure, eau non purifiée, sel, solution aqueuse de chlorure, solution aqueuse de bromure, solution aqueuse d’acide chlorhydrique, etc...) . Par exemple, la fonctionnalité d'une pile d' électrolyseur est de favoriser la réaction de production de dihydrogène (H2) et de dioxygène (02) gazeux résultant de la dissociation de l'eau après avoir injecté un courant électrique continu dans une solution alcaline, généralement de l' hydroxyde de potassium (KOH) ou de 1' hydroxyde de sodium (NaOH) .
Chaque cellule électrolytique, considérée comme une pièce principalement métallique et conductrice (mais dont certaines parties peuvent être non-métalliques) , est composée généralement de deux plaques bipolaires, encadrant deux intercalaires (plus connus sous le terme anglais de « flow field material ») , encadrant eux-mêmes deux électrodes généralement sous forme de plaques ou de grilles ou de tissus métalliques. Dans le cas d'une pile d' électrolyseur alcalin, lesdites électrodes sont généralement en nickel. Les deux électrodes (une cathode et une anode) sont séparées par une membrane (encore appelée diaphragme ou séparateur poreux dans le cas de la pile d' électrolyseur alcalin) , qui assure l'isolation électrique entre les deux électrodes, la séparation des gaz ainsi que la conduction ionique au sein de la cellule électrolytique.
L'intercalaire a deux fonctionnalités : i) fournir un chemin métallique de faible résistivité entre chaque plaque bipolaire et l'électrode associée et ii) permettre une circulation appropriée de la solution électrolytique pour le refroidissement de la pile d' électrolyseur et le transport des gaz générés.
Le nom de plaque bipolaire vient du fait que comme les cellules électrolytiques sont toutes accolées les unes aux autres, une plaque bipolaire N aura un potentiel : plus élevé par rapport à la plaque bipolaire N+l en aval, de sorte que la plaque bipolaire N jouera le rôle d’anode au sein d'une cellule électrolytique définie par les plaques bipolaires N et N+l ; plus faible par rapport à la plaque bipolaire N-l en amont, de sorte que la plaque bipolaire N jouera le rôle de cathode au sein d'une cellule électrolytique définie par les plaques bipolaires N-l et N.
Parmi les autres pièces métalliques, en plus des plaques bipolaires, sont répertoriées les plaques de distribution (qui permettent l'alimentation et la distribution électrique des cellules électrolytiques) ainsi que les plaques de fond (permettant de délimiter l'ensemble des cellules électrolytiques et d'assurer le serrage desdites cellules électrolytiques entre elles et leur étanchéité) .
En effet, la pile d' électrolyseur se termine par deux plaques de fond situées juste avant la première cellule électrolytique et juste après la dernière cellule électrolytique empilées, en d'autres termes une plaque de fond est localisée en amont du bloc de cellules électrolytiques et l'autre plaque de fond est placée en aval de ce dernier en vue de délimiter physiquement les deux extrémités dudit bloc de cellules électrolytiques.
Pour assurer la conduction ionique au sein de la cellule électrolytique, la solution électrolytique présente une conductivité ionique élevée. Cependant, il existe un risque que, du fait de cette conductivité ionique élevée, des courants de fuite se propagent, via l’électrolyte, dans le réseau d’adduction d'électrolyte et d'évacuation des mélanges diphasiques (à savoir électrolyte et dioxygène d'une part et électrolyte et dihydrogène d'autre part) . Ces courants de fuite pénalisent le rendement global du processus d' électrolyse .
Ces courants de fuite peuvent être compensés soit en diminuant la section de passage des conduites, soit en utilisant des conduites en matériaux électriquement isolants dans les réseaux d'adduction d'électrolyte et d'évacuation des mélanges diphasiques.
La première solution occasionne des pertes de charge qui risquent de conduire à une mauvaise répartition de l'électrolyte entre les cellules électrolytiques et à des difficultés d'évacuation des gaz produits par 1 ' électrolyse . Les matériaux employés pour mettre en œuvre la seconde solution sont généralement des matériaux polymères dont les propriétés imposent des limitations quant à la pression et à la température du fluide circulant dans les conduites.
Ces deux solutions ne sont donc pas optimales.
OBJET DE L'INVENTION
Un but de l'invention est de proposer une pile d' électrolyseur ayant un rendement amélioré.
RESUME DE L'INVENTION
A cet effet, on prévoit, selon l'invention, une pile d' électrolyseur comprenant deux plaques de fond enserrant une pile d'éléments comportant des cellules électrolytiques, et au moins une plaque intermédiaire serrée dans la pile d'éléments. La plaque intermédiaire a une épaisseur dans laquelle sont ménagés au moins un conduit d'adduction d'électrolyte, un premier conduit d'évacuation du premier produit d' électrolyse et un deuxième conduit d' évacuation du deuxième produit d' électrolyse qui sont intégrés respectivement à un réseau d' adduction, à un premier réseau d'évacuation et à un deuxième réseau d'évacuation. Chacun de ces conduits ménagés dans la plaque intermédiaire a une longueur supérieure à l'épaisseur de la plaque intermédiaire et présente au moins un tronçon coudé pour former un U avec deux branches s'étendant l'une à côté de l'autre dans le sens de l'épaisseur de la plaque intermédiaire.
Ainsi, les conduits ménagés dans la plaque intermédiaire augmentent la résistance électrique du réseau d'adduction et des réseaux d' évacuation par une augmentation de leurs longueurs sans engendrer une augmentation équivalente de l'encombrement axial de la pile d' électrolyseur ni affecter le débit des fluides circulant dans lesdits réseaux pour une capacité de pompage donnée. Cette solution présente donc un compromis entre l'augmentation de la résistance électrique des réseaux et l'encombrement axial de la pile d' électrolyseur , influant sur le rendement global de la pile d' ' électrolyseur .
La pile d' électrolyseur selon l'invention peut éventuellement comprendre une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes :
- au moins deux plaques intermédiaires sont disposées de part et d'autre d'une pluralité des cellules électrolytiques ;
- la pluralité des cellules électrolytiques comprend entre dix et quatre cents et de préférence entre vingt et cinquante cellules électrolytiques ;
- la plaque intermédiaire est une plaque bipolaire d'une des cellules électrolytiques ;
- la plaque intermédiaire est une plaque de distribution de courant s'étendant entre une plaque d'extrémité et la cellule électrolytique adjacente ;
- la pile d'éléments est agencée verticalement ou horizontalement .
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier et non limitatif de 1 ' invention .
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : la figure 1 est une vue schématique éclatée d'une cellule électrolytique d'une pile d' électrolyseur selon un mode de réalisation particulier de l'invention,
La figure 2 est une vue en perspective d'une plaque bipolaire de la cellule électrolytique représentée à la figure 1,
La figure 3a est une vue en coupe d'une partie de la plaque bipolaire illustrée à la figure 2,
La figure 3b est une vue en coupe d'une partie de la plaque bipolaire illustrée à la figure 2, une membrane de ladite cellule électrolytique étant également présente,
La figure 3c est une vue en coupe d'une partie de la cellule électrolytique représentée à la figure 1, [Fig. 4] la figure 4 est une vue d'une pile d' électrolyseur comprenant des cellules électrolytiques comme illustrées à la figure 1, La figure 5 est une vue de face d'une plaque intermédiaire selon l'invention,
La figure 6 est vue en coupe selon la ligne VI-VI de la plaque intermédiaire de la figure 5.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
En référence aux différentes figures, l'invention concerne une pile d' électrolyseur comportant une pile d'éléments s’étendant longitudinalement selon une direction générale A. Les différents éléments sont majoritairement formés par des cellules électrolytiques 10 qui seront décrites plus bas.
La pile d ’ électrolyseur 1 comporte un bloc 2 de cellules électrolytiques 10 qui comprend au moins deux cellules électrolytiques 10 qui sont montées accolées l’une à l’autre selon la direction générale A. Au sein du bloc 2, les cellules électrolytiques 10 sont montées en parallèle d’un point de vue fluidique et en série d ’ un point de vue électrique .
Aux deux extrémités ( selon la direction générale A) du bloc 2 de la pile d ’ électrolyseur 1 sont disposées deux plaques d' extrémité ou de fond 3 et 4 .
Ces plaques de fond 3 et 4 forment des supports entre lesquels les cellules électrolytiques 10 sont comprimées afin que la pile d ’ électrolyseur 1 soit étanche et de sorte qu ’ un contact électrique de bonne qualité soit créé à l ’ intérieur des cellules électrolytiques 10 .
En outre , les plaques de fond 3 et 4 permettent de supporter les ef forts générés par la pression interne au bloc 2 ainsi que les ef forts externes au bloc 2 nécessaires pour assurer la compression du bloc 2 .
Les plaques de fond 3 et 4 peuvent j ouer le rôle de conducteur électrique et de distributeur de courant .
De préférence , la pile d ’ électrolyseur 1 comporte une première plaque de distribution 5 associée à la première plaque de fond 3 et une seconde plaque de distribution 6 associée à la seconde plaque de fond 4 . Ce sont alors les plaques de distribution 5 et 6 qui vont ici j ouer le rôle de conducteur électrique et de distributeur de courant .
La première plaque de distribution 5 ( associée à la borne positive ) est agencée en amont du bloc 2 et la seconde plaque de distribution 6 ( associée à la borne négative ) est agencée en aval dudit bloc 2 .
Les notions " amont " et " aval " sont entendues selon le sens conventionnel de circulation du courant à travers le bloc 2 .
Une première des deux plaques de distribution, 5 , est connectée à la borne positive de la pile d ’ électrolyseur 1 . Alors , une portion de la face principale interne de la première plaque de fond 3 ( face principale tournée vers le bloc 2 et notamment la plaque de distribution 5 ) est recouverte d ' une pastille en matériau électriquement isolant. Ladite portion est par exemple agencée au centre de ladite face principale interne.
La seconde des deux plaques de distribution, 6, est connectée à la borne négative de la pile d ’ électrolyseur 1. La seconde plaque de fond 4 sera au même potentiel et sert également de passerelle pour l’alimentation d’une solution électrolytique et l’échappement de cette même solution chargée des gaz formés lors de 1 ’ électrolyse dans le bloc 2.
Ainsi, des trous sont ménagés dans ladite seconde plaque de fond 4 . Lesdits trous présentent souvent une section différente entre les deux faces principales de la seconde plaque de fond 4. Par exemple la face principale externe (celle tournée vers l’extérieur du bloc 2) comporte au moins un ou deux trou (s) (par exemple de forme cylindrique) pour l'alimentation en solution électrolytique et deux trous pour l'évacuation de produits de réaction électrolytique en plus de la solution électrolytique échauffée. Au moins trois ou quatre trous sont percés sur la face principale interne (opposée à la face principale externe) de ladite seconde plaque de fond 4 dans le même but, et par exemple des trous de forme oblongue pour améliorer la répartition ou la collecte des fluides. Par exemple les trous de la face principale externe sont équipés de brides appropriées pour le raccordement des tuyaux d'arrivée et de retour de la solution électrolytique.
Par ailleurs, la pile d ' électrolyseur 1 est ici alimentée en courant continu.
Par exemple la première plaque de distribution 5 présente par exemple un potentiel de plusieurs centaines volts alors que la seconde plaque de distribution 6 présente un potentiel de 0 volt (la pile d' électrolyseur 1 comprend typiquement entre 10 et 400, de préférence entre 100 et 350, cellules électrolytiques 10 ayant une tension de cellule de l'ordre de 2 volts et préférentiellement inférieure à 1,85 volt au point nominal en début de vie) . L'alimentation et les évacuations en solution électrolytique s'effectuent au niveau de la seconde plaque de distribution 6 et de la seconde plaque de fond 4, la seconde plaque de distribution 6 ayant un potentiel de 0 volt ce qui évite toute fuite de courant (le potentiel de la seconde plaque de distribution 6 étant celui de la terre) .
A l’intérieur de la pile d’ électrolyseur 1, le courant traverse la solution électrolytique au travers d'une membrane 11 qui sera introduite plus bas. Au sein du bloc 2 sont présents des joints d'étanchéité (qui seront décrits plus bas) : ces joints d'étanchéité sont choisis dans un matériau présentant une résistance électrique beaucoup plus importante que celle de la solution électrolytique.
La pile d ’ électrolyseur 1 comporte un joint d'étanchéité d’extrémité (non visible sur les figures) agencé entre la première plaque de distribution 5 et la première plaque de fond 3. Or la première plaque de fond 3 est à la terre de sorte que la différence de potentiel au niveau dudit joint d'étanchéité d’extrémité atteint la même valeur que la tension appliquée entre les bornes positive et négative de la pile d ’ électrolyseur 1, par exemple, sensiblement de 700 volts .
De ce fait, la première plaque de fond 3 est isolée électriquement du bloc 2.
Par exemple la pile d ’ électrolyseur 1 comporte une couche (non visible sur les figures) en matière électriquement isolante, couche agencée entre la première plaque de fond 3 et la première plaque de distribution 5.
La couche est par exemple un disque rapporté ou un dépôt effectué sur la première plaque de fond 3 et/ou la première plaque de distribution 5.
La pile d ’ électrolyseur 1 comporte des moyens de fixation des différentes cellules électrolytiques 10 entre elles par serrage commun.
Par exemple les moyens de fixation comportent une pluralité de tirants 7. Chaque tirant 7 s’étend rectilignement dans l’empilement de la pile d ’ électrolyseur 1. Chaque tirant 7 s’étend ainsi longitudinalement dans la pile d ’ électrolyseur 1 parallèlement à la direction générale A. Chaque tirant 7 est conformé en une tige.
Les tirants 7 s’étendent donc tous parallèlement entre eux. Les tirants 7 se positionnent sur le pourtour des différentes cellules électrolytiques 10. De préférence, les tirants 7 sont répartis tout autour du bloc 2 et de préférence à un intervalle régulier.
Les tirants 7 s’étendent à travers les plaques de fond 3 et 4 de la pile d ’ électrolyseur 1, au travers de trous spécifiques desdites plaques de fond 3 et 4, et présentent ainsi chacun deux extrémités externes au bloc 2.
De préférence, les tirants 7 sont recouverts en partie d’un manchon en matière électriquement isolante. Ceci permet d’éviter les courts-circuits entre les cellules électrolytiques 10 en cas de contact ou de projection. Par exemple le manchon s’étend sur tout le tronçon du tirant 7 agencé entre les deux plaques de fond 3 et 4.
De préférence, les extrémités des tirants 7 sont filetées.
Par exemple, les filets des extrémités sont des filets roulés. Les filets roulés auront l’avantage de rendre l’usinage des tirants 7 plus aisé notamment si les tirants 7 sont d'une longueur importante et par exemple une longueur de plusieurs mètres.
Les moyens de fixation comportent également des écrous 8 vissés sur les extrémités des tirants 7.
Les écrous 8 permettent de contraindre les deux plaques de fond 3 et 4 entre elles, et donc les différentes cellules électrolytiques 10 entre elles, ce qui assure une bonne étanchéité de la pile d' électrolyseur 1 de cellules électrolytiques 10.
De préférence, les moyens de fixation comportent également des moyens de précontrainte des deux plaques de fond 3 et 4 entre elles et donc des différentes cellules électrolytiques 10 entre elles. Lesdits moyens de précontrainte permettent également d'absorber les déformations et/ou les variations d ’ épaisseur des éléments constituant la pile d ’ électrolyseur 1 , dues à la dilatation thermique ou aux variations des sollicitations mécaniques externes et internes à la pile d ' électrolyseur 1 ( comme par exemple la pression interne à la pile d ’ électrolyseur 1 ) .
Les moyens de précontrainte sont reçus sur les extrémités des tirants 7 de sorte à être agencés , pour une extrémité donnée , entre la plaque de fond ( 3 ou 4 ) la plus proche et les écrous 8 agencés sur la même extrémité .
Par exemple les moyens de fixation comportent des rondelles ressorts 9 telle que des rondelles Belleville . Les rondelles ressorts 9 sont reçues sur les extrémités des tirants 7 .
Les rondelles ressorts 9 sont plus précisément ici disposées sur chaque tirant 7 , au niveau de la partie externe dudit tirant 7 , lorsque cette dernière a traversé la plaque de fond ( 3 ou 4 ) la plus proche .
Les moyens de fixation ainsi décrits permettent à la pile d ’ électrolyseur 1 de faire face notamment aux dilatations thermiques et/ou variations des sollicitations mécaniques externes et internes à la pile d ' électrolyseur 1 ( comme par exemple la pression interne à la pile d ’ électrolyseur 1 ) . Dans le cas présent , toutes les cellules électrolytiques 10 de la pile d ’ électrolyseur 1 sont identiques entre elles de sorte que la description qui suit d ’ une cellule électrolytique 10 est également applicable à la description des autres cellules électrolytiques 10 .
Une telle cellule électrolytique 10 comporte une membrane centrale 11 qui est encadrée par deux électrodes 12 a et 12b (une anode et une cathode , respectivement ) qui sont elles- mêmes encadrées par deux intercalaires 16 ( ou " flow field material " en anglais ) qui sont eux-mêmes encadrés par deux plaques bipolaires 14 . Par ailleurs , la cellule électrolytique 10 comporte également un j oint d' étanchéité 13 ( dont on a déj à évoqué l ’ existence plus haut ) qui est comprimé entre les deux plaques bipolaires 14 de la cellule électrolytique 10 . La membrane 11, les intercalaires 16 et les électrodes 12a et 12b étant connus de l’art antérieur, ils ne seront pas détaillés ici.
Les deux plaques bipolaires 14 d’une cellule électrolytique 10 étant identiques entre elles, la description qui suit de l’une des plaques bipolaires 14 est également applicable à l’autre des plaques bipolaires 14 de la même cellule électrolytique 10. La plaque bipolaire 14 est dans un matériau apte à endurer l’environnement corrosif régnant à l’intérieur de la cellule électrolytique 10.
La plaque bipolaire 14 est par exemple à base de nickel et est par exemple en nickel ou en acier carbone nickelé.
La plaque bipolaire 14 est en outre conformée de sorte à présenter deux faces principales : une première face principale tournée vers l’intérieur de la cellule électrolytique 10 considérée et une seconde face principale tournée vers l’extérieur de la cellule électrolytique 10 considérée .
On verra par la suite que les plaques bipolaires 14 sont asymétriques (selon un plan de symétrie passant par le centre de la plaque bipolaire considérée) . En conséquence, au sein d’une même cellule électrolytique 10, la première face de la plaque bipolaire 14 qui est en train d’être décrite est en regard d’une deuxième face d’une autre plaque bipolaire 14 identique à celle qui est en train d’être décrite. Au sein du bloc 2, toutes les plaques bipolaires 14 sont orientées de la même manière.
Par la suite on définit les axes X et Y qui forment un plan dans lequel s’étend l’une des faces principales de la plaque bipolaire 14 et l’axe Z qui est normal audit plan XY.
Lorsque la plaque bipolaire 14 est en place dans la cellule électrolytique 10 qui est elle-même en place dans la pile d ’ électrolyseur 1, l’axe Z est ici confondu avec la direction générale A.
L’épaisseur de la plaque bipolaire 14 (selon l’axe Z) est moins importante que ses autres dimensions. La plaque bipolaire 14 est conformée de sorte à présenter une section transversale (dans un plan XY) dans une quelconque forme géométrique (de forme carrée, de forme rectangulaire, en disque,...) . La plaque bipolaire 14 présente ici une section transversale en disque.
Le pourtour externe de la plaque bipolaire 14 est défini par une première zone 21, une deuxième zone 22 et une troisième zone 23.
La première zone 21 s’étend ici sur toute la circonférence d'au moins l'une des faces principales de la plaque bipolaire 14. La première zone 21 est donc un anneau formant la périphérie externe de face principale.
La première zone 21 permet d'améliorer la résistance à la pression interne régnant au sein de la pile électrolytique 1 de la plaque bipolaire 14 et permet d'améliorer l'étanchéité de la cellule électrolytique 10 vis-à-vis de l'extérieur de la pile électrolytique 1. En particulier ladite première zone 21 permet de renforcer la résistance de la plaque bipolaire 14 notamment aux charges de pression radiale exercées sur la plaque bipolaire 14 (lorsque la cellule électrolytique 10 est agencée dans la pile électrolytique 1) . Par exemple la première zone 21 est dimensionnée pour répondre à la norme applicable aux réservoirs sous pression et par exemple à la norme PED 2014/68/EU.
La première zone 21 est de préférence texturée. Par exemple la première zone 21 comporte des rainures, des stries, des aspérités, un aspect rugueux, ... au niveau d'au moins l'une des faces principales de la plaque bipolaire 14 et de préférence au niveau des deux faces principales de la plaque bipolaire 14.
En revanche le bord circulaire de la plaque bipolaire 14 (soit la surface reliant les deux faces principales de la plaque bipolaire 14 entre elles) est bien lisse i.e. non texturé . La deuxième zone 22 s’étend par ailleurs circonf érentiellement de sorte à être bordée extérieurement par la première zone 21. La deuxième zone 22 est coaxiale à la première zone 21.
La deuxième zone 22 s’étend ici sur toute la circonférence d’au moins l’une des faces principales de la plaque bipolaire 14. La deuxième zone 22 est donc un anneau.
La deuxième zone 22 est lisse i.e. non texturée.
Cette deuxième zone 22 est localisée autour des canaux d’alimentation en électrolyte et des canaux d’évacuation des produits gazeux issus de 1 ’ électrolyse .
Cette deuxième zone 22 est moins épaisse (l’épaisseur étant considérée selon l’axe Z) que la première zone 21. Par exemple la plaque bipolaire 14 est conformée pour présenter au moins un épaulement entre la première zone 21 et la deuxième zone 22. De préférence, la plaque bipolaire 14 est conformée pour présenter deux épaulements entre la première zone 21 et la deuxième zone 22. Ces deux épaulements sont ici identiques (comme visibles à la figure 3a) et ménagés au niveau des deux faces principales de la plaque bipolaire 14. La plaque bipolaire 14 est ainsi symétrique selon un plan de symétrie centrale parallèle aux axes X et Y au niveau de sa première zone 21 et de sa deuxième zone 22.
Le rétrécissement entre la première zone 21 et la deuxième zone 22 permet de réaliser une étanchéité différente entre les deux zones.
La troisième zone 23 s’étend par ailleurs circonf érentiellement de sorte à être bordée extérieurement par la deuxième zone 22. La troisième zone 23 est coaxiale à la deuxième zone 22.
La troisième zone 23 s’étend ici sur toute la circonférence de la plaque bipolaire 14. La troisième zone 23 est un anneau .
Cette troisième zone 23 est moins épaisse (l’épaisseur étant considérée selon l’axe Z) que la deuxième zone 22. Par exemple la plaque bipolaire 14 est conformée pour présenter au moins un épaulement entre la deuxième zone 22 et la troisième zone 23.
De préférence, la plaque bipolaire 14 est conformée pour présenter un seul épaulement entre la deuxième zone 22 et la troisième zone 23. Cet épaulement est ménagé au niveau de la première face principale de la plaque bipolaire 14 soit celle tournée vers l’intérieur de la cellule électrolytique 10. Cet épaulement permet de loger la membrane 11.
De préférence, la deuxième zone 22 et la troisième zone 23 s’étendent dans le prolongement l’une de l’autre au niveau de la deuxième face principale de la plaque bipolaire 14.
Il n’y a donc pas d’ épaulement entre la deuxième zone 22 et la troisième zone 23 au niveau de la deuxième face principale .
On comprend donc que la deuxième face de la plaque bipolaire 14 est dépourvue d’un tel épaulement de sorte que la deuxième face de l’autre plaque bipolaire 14 de la cellule électrolytique 10 considérée est dépourvue d'un tel épaulement. La membrane 11 est ainsi agencée entre les deux plaques bipolaires 14 de sorte à loger uniquement dans 1’ épaulement de l'une des deux plaques bipolaires 14.
La plaque bipolaire 14 est ainsi asymétrique selon un plan de symétrie central parallèle aux axes X et Y si l'on considère les trois zones précitées (comme plus visibles aux figures 3a et 3b et 3c) .
La troisième zone 23 est entièrement lisse (i.e. non texturée) ou partiellement lisse ou entièrement texturée. De préférence, la troisième zone 23 est texturée au niveau de la première face principale de la plaque bipolaire 14. Ceci facilite le maintien en place de la membrane 11. Par exemple, au niveau de ladite première face principale, la troisième zone 23 comporte des rainures, des stries, des aspérités, un aspect rugueux, ...
De préférence, la troisième zone 23 est lisse au niveau de la deuxième face principale de la plaque bipolaire 14. L’épaisseur de la plaque bipolaire 14 (selon l’axe Z) diminue donc au fur et à mesure des épaulements, au niveau de la jonction entre les première et deuxième zones 21 et 22 mais également entre la deuxième zone 22 et la troisième zone 23. La plaque bipolaire 14 est ainsi plus épaisse au niveau de sa première zone 21 que de sa deuxième zone 22 que de sa troisième zone 23.
La première zone 21, la deuxième zone 22 et la troisième zone 23 forment conjointement une couronne 25. La couronne 25 forme ainsi la périphérie circonférentielle de la plaque bipolaire 14.
Une portion centrale 24 de la plaque bipolaire 14 s’étend par ailleurs de sorte à être bordée extérieurement par la troisième zone 23. La portion centrale 24 est coaxiale à la troisième zone 23.
La portion centrale 24 est pleine. La portion centrale 24 forme ainsi un plateau circulaire.
Cette portion centrale 24 est moins épaisse (l’épaisseur étant considérée selon l’axe Z) que la troisième zone 23. Par exemple la plaque bipolaire 14 est conformée pour présenter au moins un épaulement entre la troisième zone 23 et la portion centrale 24. De préférence, la plaque bipolaire 14 est conformée pour présenter deux épaulements entre la troisième zone 23 et la portion centrale 24. Ces deux épaulements sont ici identiques et ménagés au niveau des deux faces principales de la plaque bipolaire 14.
La portion centrale 24 peut optionnellement présenter elle- même au moins un épaulement de sorte que son épaisseur (l'épaisseur étant considérée selon l'axe Z) rétrécisse en direction du centre de la plaque bipolaire 14.
La portion centrale 24 est donc la partie la plus fine (l'épaisseur étant considérée selon l'axe Z) de la plaque bipolaire 14.
La portion centrale 24 peut être lisse ou texturée. La portion centrale 24 joue le rôle de collecteur de courant et va le transmettre aux intercalaires 16 qui sont de part et d’autre de celle-ci 24.
Par ailleurs, la plaque bipolaire 14 comporte des conduits 15 la traversant de part en part. Ces conduits 15 sont dédiés à l’alimentation en solution électrolytique et à l’échappement des produits d ’ électrolyse .
Par exemple, la plaque bipolaire 14 comporte entre trois et six conduits. Les conduits sont par exemple associés deux à deux, les couples de deux conduits étant répartis de manière homogène sur la circonférence de la plaque bipolaire 14. En l'occurrence, la plaque bipolaire 14 comporte un couple de conduits 15 pour l'adduction d'électrolyte, un premier conduit 15 d'évacuation d'un premier produit d' électrolyse (un mélange diphasique d'électrolyte et de gaz dioxygène) , un deuxième conduit 15 d'évacuation d'un deuxième produit d' électrolyse (un mélange diphasique d'électrolyte et de gaz dihydrogène) .
Par exemple, au moins l’un des conduits 15 est ménagé dans la deuxième zone 22. Dans le cas présent, tous les conduits 15 sont ménagés dans la deuxième zone 22.
Les conduits 15 peuvent présenter une section transversale circulaire, oblongue, ... ou d’une autre forme. Par exemple, au moins un des conduits 15 est de section transversale oblongue. Les conduits 15 sont raccordés au volume interne de la cellule électrolytique 10 par des rainures/lamages radiaux s'étendant des conduits 15 de la zone 22 à la portion centrale 24.
En réalité, le rôle de ladite portion centrale 24 n’est pas réellement de supporter de hauts efforts de pression au contraire de la couronne 25. La portion centrale 24 a ainsi principalement pour rôle de servir de support aux composants empilés au sein de la cellule électrolytique 10 à savoir les intercalaires 16, les électrodes 12a et 12b et la membrane 11. Les efforts sont donc égaux sur les deux faces de la portion centrale 24. Les plaques bipolaires 14 présentent par conséquent une géométrie particulière. L'épaisseur de chaque zone précitée varie entre l'une et l'autre de quelques dixièmes de millimètres à plusieurs millimètres. L'épaisseur d'une zone précitée présente également une valeur variable sous l'effet de la dilatation thermique de la plaque bipolaire 14 (la variabilité de l'épaisseur de chaque zone due à la dilatation thermique variant ainsi également d'une zone à une autre) . Comme déjà indiqué au sein de la cellule électrolytique 10, les deux plaques bipolaires 14 compriment entre elles un joint d'étanchéité 13.
Il convient de noter qu'au sein de la pile d ' électrolyseur 1, toutes les plaques bipolaires 14 sont séparées deux à deux par un joint d'étanchéité 13 (puisque chaque plaque bipolaire 14 joue le rôle de cathode pour une cellule électrolytique 10 et d'anode pour une autre cellule électrolytique 10 immédiatement adjacente) .
De façon avantageuse les deux plaques bipolaires 14 compriment entre elles un unique joint d'étanchéité 13.
De façon avantageuse tous les joints d'étanchéité 13 des cellules électrolytiques 10 sont identiques au sein du bloc 2 de sorte que la description qui suit de l'un des joints 13 est également applicable aux autres joints d'étanchéité 13 des autres cellules électrolytiques 10.
Les principales fonctionnalités du joint d'étanchéité 13 sont les suivantes : i) assurer l'étanchéité de chaque cellule électrolytique 10 vis-à-vis de l'extérieur de la pile d ' électrolyseur 1, ii) assurer l'étanchéité des canaux véhiculant un gaz qui est généré au sein du bloc 2 vis-à-vis de ceux véhiculant un autre gaz généré au sein du bloc 2, iii) assurer l'étanchéité des chambres sièges des réactions d ' électrolyse où sont générés les deux gaz précités pour les isoler les unes des autres mais également assurer l'étanchéité vers les canaux cités juste avant, iv) agir comme une couche d'isolation électrique entre deux plaques bipolaires 14 adjacentes et v) définir l'épaisseur à laquelle sont comprimées les cellules électrolytique 10 selon la direction Z.
De préférence, le joint d' étanchéité 13 est conformé de sorte à présenter une section transversale (selon un plan de coupe transversal) carrée ou rectangulaire.
Le joint d'étanchéité 13 est donc dit " joint plat ".
De préférence le joint 13 est conformé de manière correspondante à la forme de la couronne 25 de la plaque bipolaire 14 associée.
Dans le cas présent, le joint d'étanchéité 13 est globalement conformé en un anneau, la plaque bipolaire 14 associée étant en forme de disque.
On note que le joint d'étanchéité 13 est percé d'une pluralité de trous.
Ceci permet d'assurer l'alimentation du bloc 2 et l'évacuation des fluides hors du bloc 2. Par exemple, les trous ménagés dans le joint d'étanchéité 13 correspondent à ceux réalisés dans la zone 22 de la plaque bipolaire 14.
Le joint d'étanchéité 13 est conformé pour présenter un diamètre (de sa section transversale) le plus constant possible sur toutes ses circonférences interne et externe et/ou une épaisseur (selon l'axe Z) la plus constante possible sur tout son tronçon (mais également d'un joint d'étanchéité 13 à un autre) .
Ceci permet d'améliorer l'efficacité des cellules électrolytiques 10 de la pile d ' électrolyseur 1.
En particulier, ceci permet d'avoir des faces du joint d'étanchéité 13 le plus parallèle possible entre elles et aux faces principales des plaques bipolaires 14 en regard. Ceci permet encore davantage d'améliorer l'étanchéité de 1 ' ensemble .
La tolérance sur les dimensions du joint d'étanchéité 13 dépendra de l'application pour laquelle il est destiné (par exemple la tolérance est de +/-0,l millimètre en épaisseur) . Comme nous l'avons dit, et comme plus visible à la figure 3c, le joint d'étanchéité 13 est comprimé entre deux plaques bipolaires 14 adjacentes et plus précisément entre les deux pourtours externes des faces principales en regard desdites plaques bipolaires 14 et plus précisément entre les deux couronnes 25 en regard desdites plaques bipolaires 14.
Du fait de la géométrie particulière des plaques bipolaires 14 au niveau de leur pourtour externe, et notamment de leur couronne 25, les plaques bipolaires 14 en comprimant le joint d'étanchéité 13 viennent le déformer à son tour de sorte à délimiter et caractériser ledit joint d'étanchéité 13 en trois portions distinctes.
En revanche, le joint d'étanchéité 13 n’est pas comprimé entre les portions centrales 24 desdites deux plaques bipolaires 14.
Le diamètre du joint d'étanchéité 13 (selon une section transversale) est tel que le joint d'étanchéité 13 s’étend depuis le bord latéral des plaques bipolaires 14 jusqu’au raccordement entre les troisièmes zones 23 et les portions centrales 24 (en dépassant de préférence des troisièmes zones 23) .
Ainsi, chaque portion du présent joint d'étanchéité 13 remplit une fonction d’étanchéité distincte et est caractérisée par un niveau de compression spécifique, ce dernier variant d’une portion à l’autre. La conséquence physique et mécanique est la réduction d’épaisseur variable dudit joint 13 selon la portion considérée.
Ainsi lorsque le joint d'étanchéité 13 est à l’état de repos, il se présente sous une forme annulaire classique et d’épaisseur initiale sensiblement unique.
Lorsque le joint d'étanchéité 13 est comprimé entre deux plaques bipolaires 14 :
- entre les premières zones 21 des deux plaques bipolaires 14, le joint d'étanchéité 13 présente une première portion correspondante texturée du fait qu’il épouse la géométrie desdites premières zones 21 ;
- entre les deuxièmes zones 22 des deux plaques bipolaires 14, le joint d'étanchéité 13 présente une deuxième portion correspondante lisse, le joint 13 ayant alors également une épaisseur plus importante qu’au niveau de sa première portion ;
- entre les troisièmes zones 23 des deux plaques bipolaires 14 et la membrane 11, le joint d' étanchéité 13 présente une troisième portion correspondante lisse et/ou rainurée.
Au niveau de sa première portion, le joint d' étanchéité 13 est directement compressé entre les deux premières zones 21 (sans composant intermédiaire) .
Au niveau de sa deuxième portion, le joint d'étanchéité 13 est directement compressé entre les deux deuxièmes zones 22 (sans composant intermédiaire) .
En revanche, au niveau de sa troisième portion, le joint d'étanchéité 13 n’est pas directement compressé entre les deux troisièmes zones 23. En effet, la membrane 11 est également présente entre ces deux troisièmes zones 23. En conséquence, le joint d'étanchéité 13 est compressé sur l’une de ses faces directement par l’une des troisièmes zones 23 et sur l’autre de ses faces directement par la membrane 11 qui est elle-même directement compressée par la troisième zone 23 de la plaque bipolaire 14 en vis-à-vis.
Au niveau de sa troisième portion, le joint d'étanchéité 13 présente alors une épaisseur sensiblement inférieure à celle de sa deuxième portion, la membrane 11 comblant le reste de l’espace entre les deux troisièmes zones 23. L’étanchéité de la membrane 11 est ainsi obtenue.
Le joint d'étanchéité 13 est ainsi réparti sur toute sa hauteur (selon l’axe X) entre ses trois portions et donc entre les trois zones des couronnes 25.
En conséquence, la partie de la cellule électrolytique 10 située au niveau des premières zones 21 des deux plaques bipolaires 14 et de la première portion du joint d'étanchéité 13 permet d’éviter à la solution électrolyte ou aux gaz de sortir de la pile d ’ électrolyseur 1, autrement dit elle est dédiée à assurer l’étanchéité de la cellule électrolytique 10 par rapport à l’environnement extérieur. Elle assure par exemple une étanchéité supérieure ou égale à 10~3 milligrammes par mètre par seconde - mg/ (m*s) lorsque l’étanchéité est mesurée par l’intermédiaire d’un gaz hélium - et de préférence une étanchéité supérieure ou égale à 10~ 4 mg/ (m*s) .
Cette première partie est caractérisée par la présence de textures sur les plaques bipolaires 14 dans lesquelles le joint d'étanchéité 13 se déforme. En particulier, le joint d'étanchéité 13 peut, en se déformant, remplir les creux des premières portions des plaques bipolaires 14 et ainsi renforcer l’étanchéité de la cellule électrolytique 10. En effet ces textures constituent un obstacle supplémentaire aux gaz et autres substances en présence, pour trouver le chemin vers l’extérieur de la pile d ’ électrolyseur 1. Cette présence de textures joue également un rôle qui favorise le frottement entre les cellules électrolytiques 10 et donc 1 ’ auto-maintien de la pluralité de cellules électrolytiques 10 empilées pour former le bloc 2. Cet avantage est renforcé lorsque le bloc 2 se retrouve à l’horizontal en fonctionnement .
Par exemple, la compression du joint d'étanchéité 13 est telle que le joint d'étanchéité 13 atteint, au niveau de la première partie, une épaisseur (selon l’axe Z) maximale de 94% et de préférence, de 78% et, de préférence encore, de 75% de son épaisseur de départ (quand il est dans son état de repos à plat sur une surface plane sans contrainte externe) . L’épaisseur de départ est par exemple égale ou supérieure à 3,0 millimètres. De préférence, cette épaisseur de départ ne dépasse pas 3,5 millimètres. En variante, on peut utiliser un joint d'étanchéité plus fin.
La deuxième partie de la cellule électrolytique 10 située au niveau des deuxièmes zones 22 des deux plaques bipolaires 14 et de la deuxième portion du joint d'étanchéité 13 permet d’éviter un échange entre les canaux véhiculant le dihydrogène et le dioxygène dans la cellule électrolytique 10 ou depuis la cellule électrolytique 10 elle-même (à partir de la troisième zone 23 et de la portion centrale 24) vers lesdits canaux.
Par exemple, la compression du joint d'étanchéité 13 est telle que le joint d'étanchéité 13 atteint, au niveau de la deuxième partie, une épaisseur (selon l’axe Z) comprise entre 92 et 97 % de son épaisseur de départ (quand il est dans son état de repos à plat sur une surface plane sans contrainte externe) et, de préférence, une épaisseur de 92 % de son épaisseur de départ. Dans tous les cas, le joint d'étanchéité
13 est moins comprimé qu’au niveau de la première partie et présente donc une épaisseur plus importante qu’au niveau de la première partie.
L’élargissement du joint d'étanchéité 13 entre les premières zones 21 et les deuxièmes zones 22 permet de réaliser une étanchéité différente entre les premières zones 21 et les deuxièmes zones 22. L’étanchéité entre les premières zones 21 et les deuxièmes zones 22 est quoi qu'il en soit de bonne qualité .
La troisième partie de la cellule électrolytique 10 située au niveau des troisièmes zones 23 des deux plaques bipolaires
14 et de la troisième portion du joint d'étanchéité 13 permet d’accueillir la membrane 11 comme cela a déjà été indiqué. Cette troisième partie assure donc l’étanchéité entre les compartiments anodiques et cathodiques de la cellule électrolytique 10.
On note donc que la membrane 11 comme le joint d'étanchéité 13 sont alors comprimés entre les deux plaques bipolaires 14 au niveau de cette troisième partie : le joint d'étanchéité 13 se superpose ainsi à la membrane 11 sur cette partie de la cellule électrolytique 10.
Ceci assure une très bonne étanchéité autour de la membrane
11 sur son périmètre et en direction des conduits d’adduction et d’évacuation des fluides. La troisième portion du joint d'étanchéité 13 définit ainsi une troisième zone de compression visant à maintenir la membrane 11 et à assurer son étanchéité sur son périmètre. Par exemple, la compression du joint d'étanchéité 13 est telle que le joint d'étanchéité 13 atteint, au niveau de la troisième partie, une épaisseur (selon l’axe Z) comprise entre 86 à 92 % de son épaisseur de départ (quand il est dans son état de repos à plat sur une surface plane sans contrainte externe) et, de préférence, une épaisseur comprise entre 88 et 92% de son épaisseur de départ et, de préférence encore, une épaisseur de 90 % de son épaisseur de départ .
Selon un autre aspect, le joint d'étanchéité 13 est en matière homopolymère ou en matière copolymère et par exemple en matière thermoplastique.
Par exemple, le joint d'étanchéité 13 est dans un matériau de type polytétrafluoroéthylène ou polytétraf luoroéthène (communément abrégé PTFE ou plus connu sous la dénomination commerciale Teflon - marque déposée) ou FKM (plus connu sous la dénomination commerciale Viton - marque déposée) .
De préférence, le matériau est en, ou à base de, ou de type, polytétrafluoroéthylène ou polytétraf luoroéthène additionné d’au moins une charge. Par exemple la charge est de la fibre de verre.
Par exemple, ledit matériau est du polytétrafluoroéthylène renforcé. Par exemple, le polytétrafluoroéthylène renforcé est du polytétrafluoroéthylène renforcé en fibres de verre ou le polytétraf luoroéthène renforcé est du polytétraf luoroéthène renforcé en fibres de carbone.
Les propriétés de joint d'étanchéité 13 décrit sont définies ci-après : bon comportement du matériau et conservation de ses bonnes propriétés mécaniques à la température de fonctionnement de la cellule électrolytique 10 qui est pourtant importante (typiquement de l’ordre de 90 à 95 degrés Celsius) et ce sur le long terme ; résistance à l’environnement corrosif à l’intérieur de la cellule électrolytique 10 et ce sur le long terme ; bonnes propriétés d’étanchéité ; bonnes propriétés d’isolation électrique (données par une bonne résistance électrique) et ce même à la température de fonctionnement et au contact de la solution d' électrolyte ; peu de fluage permet une bonne longévité de la pile d' électrolyseur 1 de cellules électrolytiques 10 ; léger comportement de fluage tout de même afin d’épouser au mieux les particularités géométriques de la zone 21 d’assise du joint d'étanchéité 13 ; uniformité de l’épaisseur (selon l’axe Z) .
Selon une option, le joint d'étanchéité d’extrémité agencé entre la première plaque de distribution 5 et la première plaque de fond 3 est dans le même matériau que celui du joint d'étanchéité 13 d’une cellule électrolytique 10 qui vient d’être décrit. Le joint d'étanchéité d’extrémité est par exemple identique audit joint d'étanchéité 13. Ledit joint d'étanchéité d’extrémité est optionnellement en matière homopolymère ou en matière copolymère et par exemple en matière thermoplastique.
Selon une option, la couche en matériau électriquement isolant entre la première plaque de fond 3 et la première plaque de distribution 5 est dans le même matériau que celui du joint d'étanchéité d’extrémité agencé entre la première plaque de distribution 5 et la première plaque de fond 3. Selon une option, la couche en matériau électriquement isolant entre la première plaque de fond 3 et la première plaque de distribution 5 est dans le même matériau que celui dudit joint d'étanchéité 13. Ladite couche est optionnellement en matière homopolymère ou en matière copolymère et par exemple en matière thermoplastique.
Selon une option, le joint d'étanchéité d’extrémité agencé entre la seconde plaque de distribution 6 et la seconde plaque de fond 4 est dans le même matériau que celui dudit joint d'étanchéité 13 d’une cellule électrolytique 10 qui vient d’être décrit. Ledit joint d'étanchéité d’extrémité est par exemple identique audit joint d'étanchéité 13. Ledit joint d'étanchéité d’extrémité est optionnellement en matière homopolymère ou en matière copolymère et par exemple en matière thermoplastique.
Selon une option, la pastille agencée sur la face interne de la première plaque de distribution 5 est une couche de matériau directement rapportée sur la première plaque de distribution 5 ou est formée par dépôt de poudre, comme un f luoropolymère et notamment l'éthylène- chlorotrif luoroéthylène tel que celui produit sous la marque Halar par la société SOLVAY.
La cellule électrolytique 10 ainsi décrite présente une très bonne étanchéité du fait de la compression spécifique du joint d'étanchéité 13 entre les plaques bipolaires 14.
On note par ailleurs que la cellule électrolytique 10 est rendue étanche grâce à un unique joint d'étanchéité 13 et ce avec trois zones d’étanchéité et de compression différentes. Le recours à un joint d'étanchéité 13 unique en matière plastique (et non plus en élastomère comme dans l’art antérieur) permet en outre d’améliorer l’étanchéité de de la pile d ’ électrolyseur .
En effet le joint d'étanchéité 13 résiste mieux, et ce même sur une longue durée, à l’environnement corrosif régnant à l’intérieur de la pile d ’ électrolyseur 1.
Le joint d'étanchéité 13 est ainsi dans un matériau dur et résistant aux fortes compressions mécaniques auxquelles est soumis la pile d ’ électrolyseur 1.
La pile d' électrolyseur 1 comprend également des plaques intermédiaires, généralement désignées en 30, qui sont serrées dans la pile d'éléments formant le bloc 2. Chaque plaque intermédiaire 30 comprend une partie périphérique externe 31 de forme annulaire et une partie centrale 32 de forme discoïdale. La plaque intermédiaire 30 a une épaisseur dans laquelle sont ménagés ici au moins deux conduits d'adduction d'électrolyte, un premier conduit d'évacuation du premier produit d' électrolyse et un deuxième conduit d'évacuation du deuxième produit d' électrolyse, tous désignés par la référence numérique 33, qui sont intégrés respectivement au réseau d' adduction, au premier réseau d'évacuation et au deuxième réseau d'évacuation de la pile d' électrolyseur 1. L'épaisseur de la plaque intermédiaire 30 a ici une mesure comprise entre quelques millimètres et quelques dizaines de millimètres et, de préférence, entre 50 et 70mm. Chacun des conduits 33 ménagés dans la plaque intermédiaire 30 débouche au voisinage des faces principales opposées de la partie périphérique externe 31 respectivement par un orifice d'entrée et un orifice de sortie et présente entre ces deux orifices une longueur supérieure à la mesure de l'épaisseur de la plaque intermédiaire 30. Chaque conduit 33 comprend un tronçon coudé 34 reliant les orifices d'entrée et de sortie l'un à l'autre en s'étendant jusque dans la partie centrale 32 de la plaque intermédiaire 30 et, de préférence, jusqu'au voisinage du centre de la partie centrale 32. Le tronçon coudé 34 a ainsi une forme de U avec deux branches qui s'étendent parallèlement aux faces principales de la plaque intermédiaire 30 et qui ont des premières extrémités reliées l'une à l'autre par un coude et à l'opposé chacune une extrémité formant l'un des orifices sur les faces principales de la plaque intermédiaire 30. Les plaques intermédiaires 30 sont réalisées en matériau électriquement conducteur par fabrication additive, moulage (en utilisant par exemple des moules à tiroirs) , forgeage puis usinage...
Les plaques intermédiaires 30 sont réparties dans le bloc 2 de manière que deux plaques intermédiaires 30 soient disposées de part et d'autre d'une pluralité des cellules électrolytiques 10. La pluralité des cellules électrolytiques 10 comprend de préférence entre vingt et cinquante cellules électrolytiques 10. L'étanchéité entre chaque plaque intermédiaire 30 et les cellules électrolytiques 10 qui l'entourent est par exemple assurée par deux joints d'étanchéité identiques aux joints d'étanchéité 13.
On va à présent décrire un procédé d’assemblage de la pile d ’ électrolyseur 1.
Selon une première étape, on construit individuellement des sous-ensembles , chaque sous-ensemble étant composé en assemblant deux intercalaires 16 et deux électrodes 12a, 12b de part et d'autre d'une plaque bipolaire 14. Chaque sous- ensemble constitue à proprement parler deux demi-cellules électrolytiques 10 accolées.
Dans une deuxième étape, lesdits sous-ensembles sont empilés successivement, séparés l'un de l'autre par une membrane 11 et un joint d'étanchéité 13, formant lesdites cellules électrolytiques 10 connectées électriquement en série. La dernière cellule électrolytique 10 d'une extrémité du bloc 2 est couverte par la seconde plaque de distribution 6, elle- même recouverte par la seconde plaque de fond 4 et la dernière cellule électrolytique 10 de l'autre extrémité du bloc 2 est couverte par la première plaque de distribution 5, elle-même recouverte par la première plaque de fond 3, délimitant ainsi la pile d' électrolyseur 1. On interpose périodiquement une plaque intermédiaire 30 entre deux cellules électrolytiques 10 consécutives. Lors de cette opération, on veille bien entendu à ce que les conduits 33, 15 soient en communication les uns avec les autres pour former le réseau d' adduction, le premier réseau d' évacuation et le deuxième réseau d'évacuation.
Lors d'une troisième étape, la pile d' électrolyseur 1 nouvellement assemblée est mise en compression grâce aux tirants 7, écrous 8 et rondelles ressorts 9.
Un tel montage avec des plaques de distribution 5 et 6 épaisses et des plaques bipolaires 14 fines et planes permet une homogénéité du courant dans toutes les cellules électrolytiques 10 de la pile d' électrolyseur 1 alors que la tension est différente aux bornes de chaque cellule électrolytique 10 et que le courant n'est connecté qu'à un ou des point (s) à la périphérie de chaque plaque de distribution 5 et 6.
En outre, les plaques bipolaires 14 sont bien parallèles entre elles au sein du bloc 2 grâce à leur forme particulière et au bon serrage de chaque joint d'étanchéité 13. Ceci améliore encore davantage l'homogénéité du courant dans toutes les cellules électrolytiques 10.
Le procédé d'assemblage doit idéalement permettre notamment à chaque joint d'étanchéité 13 : de se déformer suivant la géométrie imposée par les plaques bipolaires 14 l'enserrant, de s'enfoncer dans les textures des premières zones 21 afin de les combler, de faire vieillir volontairement et prématurément le matériau le composant, d'éliminer au mieux le comportant plastique le composant, de faire entrer son matériau dans une plage de comportement élastique (centrée sur un point de fonctionnement de la pile d' électrolyseur 1) . d'atteindre la valeur de serrage désirée réunissant à la fois les étanchéités voulues ainsi que les contacts électriques entre les différents composants permettant d'atteindre les performances énergétiques envisagées.
Le point de fonctionnement nominal de la pile d' électrolyseur 1 est par exemple de 85 degrés Celsius sous 3 Mégapascals. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée au mode de réalisation décrit mais englobe toute variante entrant dans le champ de l’invention telle que définie par les revendications .
Le ou les joint d'étanchéité (s) d'extrémité pourra (pourront) être différent (s) des joints d'étanchéité 13.
La pile d ’ électrolyseur 1 pourra être assemblée différemment de ce qui a été décrit. La pile d' électrolyseur 1 pourra être utilisée à l'horizontale, à la verticale ou dans une toute autre position. La pile d' électrolyseur 1 pourra être assemblée à l'horizontale, à la verticale ou dans une toute autre position. De préférence, la pile d' électrolyseur 1 sera assemblée verticalement et utilisée horizontalement.
On pourra n'avoir qu'un seul conduit 33 associé à l'adduction de la solution électrolytique et un seul conduit 33 associé à l'évacuation de chaque produit d' électrolyse . On préférera toutefois avoir deux conduits 33 associés à l'adduction de la solution électrolytique et/ou deux conduits 33 associés à l'évacuation de chaque produit d' électrolyse pour des questions de redondance dans l'éventualité où l'un des conduits 33 viendrait à se boucher. De manière générale, la plaque de distribution 5, 6 pourra ne comporter qu'un seul conduit 33 débouchant à chacune de ses extrémités sur l'une respective des faces principales de la plaque de distribution 5 , 6.
De la même manière, on préférera avoir deux rainures associées à chaque extrémité de chaque conduit 33 pour des questions de redondance.
Les différents conduits 33 pourront ne pas être identiques entre eux.
Les différentes rainures pourront ne pas être identiques entre elles.
Les deux plaques de distribution 5, 6 associées chacune à une extrémité du bloc 2 pourront être différentes et non identiques entre elles comme cela a été évoqué plus haut.
La plaque de distribution 5, 6 pourra ne comporter qu'un seul renforcement et non deux comme ce qui a été indiqué.
La plaque de distribution 5, 6 pourra comporter au moins un conduit 33 ne débouchant pas à au moins l'une de ses extrémités sur le pourtour externe de la face principale associée (et par exemple débouchant dans la zone centrale de ladite face principale et par exemple dans le renfoncement éventuellement présent sur ladite face principale) .
Par exemple, la plaque de distribution 5, 6 pourra comporter au moins un conduit 33 débouchant au moins à une de ses extrémités dans un renfoncement de ladite plaque de distribution 5, 6. Optionnellement , le conduit 33 sera débouchant au moins à une de ses extrémités à une position suffisamment proche du pourtour externe d'une des faces principales pour permettre une vidange complète ou quasi- complète (vidange d'un liquide et/ou d'un gaz) présent dans l'espace entre la plaque de distribution 5, 6 considérée et la plaque de fond 3, 4 en regard. Optionnellement, ce conduit 33 pourra être ménagé de sorte à être débouchant à une première extrémité dans le renfoncement de la première face principale de la plaque de distribution 5, 6 et à être débouchant à une deuxième extrémité dans le renfoncement de la deuxième face principale de ladite plaque de distribution 5, 6 de sorte à mettre les deux renfoncements en communication .
La pile d' électrolyseur 1 peut comprendre trois électrodes, à savoir deux cathodes d'extrémité et une anode centrale. On peut agencer une ou plusieurs des plaque (s) bipolaire (s) 14 avec des conduits 15 présentant une section coudée pour faire de cette ou ces plaque (s) bipolaire (s) 14 une ou des plaque (s) intermédiaire ( s ) 30. Dans ce cas, tout ou partie des conduits 15 ménagés dans la plaque intermédiaire 30 a une longueur supérieure à l'épaisseur de la plaque bipolaire 14.
En variante également, l'une ou deux des plaque (s) intermédiaire ( s ) 30 peut ou peuvent être formée (s) par l'une des ou les plaque (s) de distribution 5, 6 s'étendant entre une plaque d'extrémité 3, 4 et la cellule électrolytique 10 adjacente. Dans ce cas, les conduits 15 ménagés dans la plaque de distribution 5, 6 a une longueur supérieure à l'épaisseur de la plaque de distribution 5, 6. Les rondelles ressorts 9 peuvent être placées aux deux extrémités du tirant ou à une seule de ces extrémités et/ou être remplacées par tout organe élastique de compression.
Les tronçons en U peuvent ne pas s'étendre jusqu'au centre la plaque intermédiaire.

Claims

REVENDICATIONS
1. Pile d' électrolyseur (1) comprenant deux plaques de fond (3, 4) enserrant une pile d'éléments (2) comportant des cellules électrolytiques (10) , chaque cellule électrolytique (10) comprenant au moins un conduit d'adduction d'électrolyte, un premier conduit d'évacuation d'un premier produit d' électrolyse et un deuxième conduit d'évacuation d'un deuxième produit d' électrolyse (15) communiquant d'une cellule électrolytique (10) à l'autre pour former dans la pile d' électrolyseur (1) le long de celle-ci un réseau d'adduction d'électrolyte, un premier réseau d'évacuation du premier produit d' électrolyse et un deuxième réseau d'évacuation du deuxième produit d' électrolyse, caractérisé en ce que la pile d' électrolyseur (1) comprend au moins une plaque intermédiaire (30) serrée dans la pile d'éléments (2) , la plaque intermédiaire (30) ayant une épaisseur dans laquelle sont ménagés au moins un conduit d'adduction d'électrolyte, un premier conduit d'évacuation du premier produit d' électrolyse et un deuxième conduit d'évacuation du deuxième produit d' électrolyse (33) qui sont intégrés respectivement au réseau d'adduction, au premier réseau d'évacuation et au deuxième réseau d'évacuation, et en ce que chacun de ces conduits (33) ménagés dans la plaque intermédiaire (30) a une longueur supérieure à l'épaisseur de la plaque intermédiaire (30) et comprend un tronçon coudé (34) reliant un orifice d'entrée sur une première face principale de la plaque intermédiaire et un orifice de sortie sur une deuxième face principale de la plaque intermédiaire, le tronçon coudé ayant une forme de U avec deux branches qui s'étendent parallèlement aux faces principales de la plaque intermédiaire (30) et qui ont des premières extrémités reliées l'une à l'autre par un coude et à l'opposé chacune une extrémité formant l'un des orifices sur les faces principales de la plaque intermédiaire (30) .
2. Pile d' électrolyseur (1) selon l'une des revendications précédentes, comprenant au moins deux plaques intermédiaires (30) disposées de part et d'autre d'une pluralité des cellules électrolytiques (10) .
3. Pile d' électrolyseur (1) selon la revendication 2, dans laquelle, la pluralité des cellules électrolytiques (10) comprend entre vingt et cinquante cellules électrolytiques (10) .
4. Pile d' électrolyseur (1) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la plaque intermédiaire (30) est une plaque bipolaire (14) d'une des cellules électrolytiques (10) .
5. Pile d' électrolyseur (1) selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle la plaque intermédiaire (30) est une plaque de distribution de courant (5, 6) s'étendant entre une plaque d'extrémité (3, 4) et la cellule électrolytique (10) adjacente.
6. Pile d' électrolyseur (1) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la pile d'éléments (2) est agencée verticalement ou horizontalement.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB201004650D0 (en) * 2010-03-19 2010-05-05 Renewable Energy Dynamics Trad Electrochemical cell stack
KR101291753B1 (ko) * 2012-08-28 2013-07-31 한국에너지기술연구원 션트전류 저감을 위한 레독스 흐름전지용 매니폴드 및 이를 포함하는 레독스 흐름전지
DK178317B1 (en) * 2014-09-05 2015-11-30 Greenhydrogen Dk Aps Electrolyser Stack Divided into Sub-stacks
EP4359587A1 (fr) * 2021-06-21 2024-05-01 H2Pro Ltd Dispositif et procédé d'élimination de courant de dérivation ionique
US11655551B2 (en) * 2021-07-21 2023-05-23 Dioxycle Electrolyzer assembly comprising an insulating layer

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