EP4669796A1 - Plaque bipolaire multifonction, cellule electrolytique et electrolyseur en comportant - Google Patents

Plaque bipolaire multifonction, cellule electrolytique et electrolyseur en comportant

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Publication number
EP4669796A1
EP4669796A1 EP24724096.3A EP24724096A EP4669796A1 EP 4669796 A1 EP4669796 A1 EP 4669796A1 EP 24724096 A EP24724096 A EP 24724096A EP 4669796 A1 EP4669796 A1 EP 4669796A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bipolar plate
ring
electrolytic cell
plate
stack
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
EP24724096.3A
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
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Filing date
Publication date
Application filed by John Cockerill Hydrogen Belgium SA filed Critical John Cockerill Hydrogen Belgium SA
Publication of EP4669796A1 publication Critical patent/EP4669796A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • C25B9/60—Constructional parts of cells
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    • 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
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
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    • C25B1/01—Products
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    • 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 The overall architecture of an electrolyzer stack (generally referred to as an "electrolyzer stack") is usually made up of a block of electrolytic cells and sealing gaskets, said electrolytic cells being pressed between bottom plates (making it possible to delimit the set of electrolytic cells and to ensure the clamping of said electrolytic cells between them and their sealing) and distribution plates interposed between each bottom plate and the block of electrolytic cells to allow the power supply and electrical distribution of the electrolytic cells.
  • the electrolytic cells are stacked in series from an electrical point of view and in parallel from a fluidic point of view.
  • 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 comprising 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 by the English term "flow field material"), themselves framing two electrodes. usually 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, separation of gases as well as ionic conduction within the electrolytic cell.
  • the electrolytic cell bearing the general reference 10, comprises two bipolar plates 14 which, when assembled, define between them an internal volume (or chamber) in which there is a central membrane 11 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). Furthermore, the electrolytic cell 10 also comprises a sealing gasket 13 compressed between the two bipolar plates 14 of the electrolytic cell 10 to ensure the sealing of the internal volume of the electrolytic cell 10.
  • Each spacer 16 has two functionalities: i) providing a low resistivity metallic path between each bipolar plate 14 and the associated electrode 12a, 12b (the spacer 16 being pressed between said bipolar plate 14 and said electrode 12a, 12b) and ii) allowing suitable circulation of the electrolytic solution for cooling the electrolyzer stack and transporting the generated gases.
  • bipolar plate 14 comes from the fact that, as the electrolytic cells 10 are all placed next to each other in an electrolyser stack, a 14 N bipolar plate will have a potential: higher relative to the downstream bipolar plate 14 N+l, such that the bipolar plate 14 N will act as an anode within an electrolytic cell 10 defined by the bipolar plates 14 N and 14 N+l; lower relative to the upstream bipolar plate 14 Nl, such that the bipolar plate 14 N will act as a cathode within an electrolytic cell 10 defined by the bipolar plates 14 Nl and 14 N.
  • each intercalary plate comprises a central veil surrounded by a ring providing a mechanical reinforcement function, and a fluid supply and evacuation function.
  • the bipolar plates 14 are made of nickel-coated carbon steel.
  • the bipolar plate 14 is heavy and the application of the nickel coating to the entire bipolar plate 14 is time-consuming and resource-intensive.
  • Bipolar plates 14 are also known, each comprising two rings made of synthetic material pinching a metal veil between them. It is necessary to provide a seal 13 between the two rings. This structure is certainly lighter but multiplies the number of parts: the risk of leakage and the handling necessary for the constitution of each electrolytic cell 10 are therefore increased.
  • An aim of the invention is to propose a simpler electrolyser cell which advantageously has improved efficiency.
  • a bipolar plate for an electrolytic cell comprising a central web and a ring surrounding the central web.
  • the ring is made of synthetic material and the central veil is made of metal and has an external perimeter embedded in the ring.
  • the bipolar plate is monolithic even though it comprises two different materials, including a synthetic material that is lighter than steel but can be chosen to be able to withstand the operating environment. Assembly is therefore easier and the electrolyser stack has a reduced weight.
  • the bipolar plate comprises a metal spacer connected to the central web by at least one weld and, preferably, the bipolar plate also comprises a metal anode connected to the spacer by at least one weld;
  • the bipolar plate comprises a metal anode connected to the central veil by at least one weld.
  • the invention also relates to an electrolytic cell and an electrolyzer stack comprising such bipolar plates.
  • Figure 1 is an exploded schematic view of an electrolytic cell of an electrolyzer stack according to the prior art
  • Figure 2 is a view of an electrolyzer stack according to the invention
  • Figure 3 is a cross-sectional view of a bipolar plate of an electrolytic cell according to a first particular embodiment of the invention
  • Figure 4 is a cross-sectional view of a bipolar plate of an electrolytic cell according to a second particular embodiment of the invention.
  • the invention relates to an electrolyzer stack comprising a stack of elements extending longitudinally in a general direction A.
  • the various elements are mainly formed by electrolytic cells 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 from a 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 are compressed so that the electrolyser stack 1 is sealed and so that a good quality electrical contact is created inside the electrolytic cells.
  • bottom plates 3 and 4 make it possible to support the forces generated by the internal pressure in block 2 as well that the external efforts to 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 preferably 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 conductors and current distributors.
  • 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.
  • upstream and downstream are understood according to the conventional direction of flow of current through the 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 internal main 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 insulating material. Said portion is for example arranged in the centre 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 the block 2.
  • the external main face (the one facing the outside of the block 2) comprises at least one or two holes (e.g. cylindrical) 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 inner main face (opposite the outer 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 on the outer main face are equipped with suitable flanges for connecting the electrolytic solution inlet and return pipes.
  • the electrolyser cell 1 is here supplied with direct current.
  • the first distribution plate 5 has a potential of several hundred volts while the second distribution plate 6 has a potential of 0 volts
  • the electrolyser cell 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 the 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 avoids 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 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 bottom plates 3 and 4.
  • the ends of the tie rods 7 are threaded.
  • the threads of the ends are rolled threads.
  • the rolled threads will have the advantage of making the machining of the tie rods 7 easier, particularly if the tie rods 7 are of a significant length and for example a length of several meters.
  • 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 the deformations and/or the variations in thickness of the elements constituting the electrolyser stack 1, due to thermal expansion or to variations in the external and internal mechanical stresses of the electrolyser stack 1 (such as for example the internal pressure of 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 bottom 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.
  • 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 16a, 16b (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.
  • Each bipolar plate 14 comprises a central web 141 and a ring 142 surrounding the central web 141.
  • the ring 142 is made of synthetic material and the central web 141 is made of metal and has an external periphery embedded in the ring 142.
  • the central web 141 of the bipolar plate 14 is in a material capable of withstanding the corrosive environment prevailing inside the electrolytic cell 10 and for example nickel-based.
  • the central web 141 is here made of nickel or carbon steel coated externally with a layer of nickel or even stainless steel coated externally with a layer of nickel.
  • the central web 141 has a thickness of 2 mm for example (the thickness is also fixed by the diameter or the main dimension in the plane perpendicular to the axis A).
  • the ring 142 is made of a material allowing the ring 142 to provide a mechanical reinforcement function, an electrical conduction function and a fluid supply and evacuation function.
  • the ring 142 may also include structural reinforcements judiciously placed so as to increase its capacity to absorb forces while minimizing its mass.
  • the base material of the ring 142 is any thermoplastic material resistant to strongly basic media and temperature such as for example PEEK or PPS.
  • the material of the ring 142 can be reinforced with fibers such as glass, carbon or aramid fibers.
  • the ring 142 has for example a small square, rectangular, polygonal, oval, circular or other section.
  • the ring 142 is dimensioned to meet the standard applicable to pressure vessels and for example the PED 2014/68/EU standard.
  • the central veil 141 is free.
  • the axis normal to said plane is here coincident with the general direction A.
  • the thickness of the bipolar plate 14 (along the normal axis) is less than its other dimensions.
  • the bipolar plate 14 is shaped so as to have a cross-section (in the plane) having any shape geometric (square, rectangular, disc-shaped, etc.).
  • the bipolar plate 14 here has a disc-shaped cross-section.
  • the ring 142 of the bipolar plate 14 is further provided, here on a face located on the side of the first face of the bipolar plate 14, with a seal 13 which is integral with the ring 142 and the ring 142 has, opposite the seal 13 and therefore on the side of the second face, a textured face.
  • the textured face has grooves, striations, roughness, a rough appearance, etc.
  • 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 annular and covers the entire face of the ring 142 intended to be applied against the ring 142 of the second bipolar plate 14 forming the electrolytic cell 10.
  • thermoplastic material constituting the seal 13.
  • the adhesion of the seal 13 to the ring 142 is here the result of the bi-injection.
  • the seal 13 could be attached to the ring 142 by another means such as gluing or nesting complementary shapes belonging to the ring 142 and the sealing gasket 13.
  • two bipolar plates 14 are pressed against each other so that the bipolar plates 14 delimit between them an internal volume whose peripheral sealing is ensured by the sealing gasket 13 clamped between the rings 142 of the two bipolar plates 14.
  • This internal volume is divided into two by the diaphragm 11 on a first side of which are the spacer 16a and the anode 12a welded to the first face of the central web 141 of a first of the two bipolar plates 14; and on a second side of which are the cathode 12b and the spacer 16b which are placed opposite the second face of the central web 141 of a second of the two bipolar plates 14.
  • the cathode 12b can be a plate pierced with holes, a net, a grid, an expanded metal plate, metal wool, etc. allowing the flow of the electrolyte and the evacuation of gas bubbles.
  • the interlayer 16b is for example an expanded metal plate, metal wool, corrugated sheet metal, metal foam, etc. allowing the flow of the electrolyte and the evacuation of gas bubbles.
  • the central veil 141 plays the role of current collector and will transmit it to the spacers 16a, 16b which are on either side of it.
  • the bipolar plate 14 comprises conduits which pass through it from one side to the other and which are dedicated to the supply of electrolytic solution to the internal volume of the electrolytic cell 10 and to the exhaust of the electrolysis products from the internal volume of the electrolytic cell 10. More precisely, the ring 142 is provided with fluid conduits 15 extending in an axial direction of the bipolar plate 14, that is to say parallel to the ring 142. in direction A, and radial conduits 151, 152 each opening respectively on one side of the central web 141.
  • 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 for the supply of electrolyte, a first conduit for discharging a first electrolysis product (a two-phase mixture of electrolyte and dioxygen gas), a second conduit for discharging a second electrolysis product (a two-phase mixture of electrolyte and dihydrogen gas).
  • the conduits may have a circular, oblong, ... or other shape cross-section.
  • at least one of the conduits 15 has an oblong cross-section.
  • the conduits can be made in whole or in part during molding (for example by using a drawer mold) or can be machined subsequently. It is noted that the seal 13 is pierced with a plurality of holes. This ensures the supply of the block 2 and the evacuation of fluids from the block 2.
  • the holes made in the seal 13 correspond here to the conduits 15 of the bipolar plate 14.
  • micro-sensors pressure, temperature, etc.
  • the role of the central web 141 is not really to support high pressure forces unlike the ring 142: in fact, the forces are equal on the two faces of the central web 141.
  • the central web 141 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.
  • all the bipolar plates 14 are separated two by two by a seal 13 and that each bipolar plate 14 acts as a cathode for one electrolytic cell 10 and as an anode for another immediately adjacent electrolytic cell 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 to which the electrolytic cells 10 are compressed in the Z direction.
  • the seal 13 is shaped to have a diameter (of its cross section) that is as constant as possible over all its internal and external circumferences and/or a thickness (along the normal axis) that is as constant as possible over its entire circumference (but also from one seal 13 to another). This makes it possible to improve the efficiency of the electrolytic cells 10 of the electrolyser stack 1. In particular, this makes it possible to have faces of the seal 13 that are 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). Thus, when the seal 13 is in the resting state, it has a classic annular shape and a substantially single initial thickness.
  • the part of the electrolytic cell 10 located at the rings 142 of the two bipolar plates 14 and the seal 13 makes it possible to prevent the electrolyte solution or gases from escaping from the electrolyser stack 1, in other words it is dedicated to ensuring the sealing of the electrolytic cell 10 with respect to the external environment. For example, it ensures a seal greater than or equal to 10 -3 milligrams per metre per second - mg/ (m*s) when the seal is measured using a helium gas - and preferably a seal greater than or equal to 10 -4 mg/ (m*s).
  • the seal 13 can, by deforming, fill the hollows of said face and thus reinforce the sealing of the electrolytic cell 10.
  • this texture constitutes an additional obstacle to the gases and other substances present, to find the path to the outside of the electrolyser stack 1.
  • This presence of texture also plays a role which promotes the friction between the electrolytic cells 10 and therefore the self-maintenance of the plurality of electrolysis 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 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.
  • a thinner gasket can be used.
  • the membrane 11 and the seal 13 are then compressed between the rings 142 of the two bipolar plates 14: the seal 13 is thus superimposed on the membrane 11 on this part of the electrolytic cell 10. This ensures very good sealing around the membrane 11 on its perimeter and in the direction of the fluid supply and evacuation conduits.
  • 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 said 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 said 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 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 powder deposition, 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.
  • a single seal 13 made of thermoplastic material also makes it possible to improve the watertightness of the electrolyser stack 1.
  • the seal 13 is made of a hard material that is resistant to the strong mechanical compressions to which the electrolyser stack 1 is subjected and is more resistant, even over a long period, to the corrosive environment prevailing inside the electrolyser stack 1.
  • a bipolar plate 14 with the anode 12a oriented opposite the distribution plate 5, a diaphragm 11, a cathode 12b, an interlayer 16b, a bipolar plate 14 with the anode 12a oriented opposite the distribution plate 5 and so on are stacked successively on a first bottom plate 3 and a first distribution plate 5 to form adjoining electrolytic cells 10.
  • the last electrolytic cell 10 is covered by the second distribution plate 6, itself covered by the second bottom plate 4, thus delimiting the electrolyser stack 1.
  • 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 at the terminals of each electrolytic cell 10 and the current is only connected to one or more points at 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 joint 13. This further improves the homogeneity of the current in all the electrolytic cells 10.
  • each sealing joint 13 must ideally allow each sealing joint 13 in particular: to deform according to the geometry imposed by the bipolar plates 14 enclosing it, 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 at 3 Megapascals.
  • the central veil 141 comprises projecting reliefs 141' and the bipolar plate 14 includes a metal anode 12a connected to the reliefs 141' by welds.
  • the ring 142 is made of synthetic material and the central web 141 is made of metal and has an external periphery embedded in the ring 142.
  • the central web 141 of the bipolar plate 14 is made of a material capable of withstanding the corrosive environment prevailing inside the electrolytic cell 10 and for example based on nickel.
  • the central web 141 is here made of nickel or carbon steel coated externally with a layer of nickel.
  • the central web 141 has a thickness of 2 mm for example.
  • the ring 142 is made of a material allowing the ring 142 to provide a mechanical reinforcement function, and a fluid supply and evacuation function.
  • the base material of the ring 142 is any thermoplastic material resistant to highly basic environments and to temperature such as for example PEEK or PPS.
  • the material of the ring 142 may be reinforced with fibers such as glass, carbon or aramid fibers.
  • the ring 142 has for example a small square, rectangular, polygonal, oval, circular or other section.
  • the ring 142 is dimensioned to meet the standard applicable to pressure vessels and for example the PED 2014/68/EU standard.
  • the central veil 141 is provided with the anode 12a which is made of metal and which is connected to the central veil 141 by at least one weld.
  • the weld may be continuous or discontinuous, on the periphery or comprise weld points or lines distributed over the entire surface of the anode 12a so as to uniform the current distribution over the entire anode 12a.
  • the welds are distributed and the anode 12a has, like the central veil 141, an external periphery embedded in the ring 142.
  • the anode 12a can be a plate pierced with holes, a net, a grid, an expanded metal plate, metal wool, etc. allowing the flow of the electrolyte and the evacuation of gas bubbles.
  • the central veil 141 is free.
  • the bipolar plate 14 is, as previously, provided with a sealing gasket 13 and produced by molding.
  • the end seal(s) may be different from the sealing gaskets 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 electrical distribution plate may have only one conduit opening at each of its ends onto a respective one of the main faces of the electrical distribution plate.
  • each conduit it is preferable to have two grooves associated with each end of each conduit for redundancy reasons.
  • the different conduits may not be identical to each other.
  • the two distribution plates 5 and 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 comprise at least one conduit opening at least at one of its ends into a recess in said distribution plate 5, 6.
  • the conduit 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 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 place the two recesses in communication.
  • the electrolyzer stack 1 may comprise three electrodes 12, namely two end cathodes 12b and a central anode 12a.
  • 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 two embodiments can be mixed, for example by providing reliefs on the veil of the first embodiment, the interlayer being crossed by the reliefs.

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Abstract

Plaque bipolaire (14) pour cellule électrolytique (10), comprenant un voile central (141) et un anneau (142) entourant le voile central (141). L'anneau (142) est en matériau synthétique et le voile central (141) est en métal et a un pourtour externe enchâssé dans l'anneau (142). Cellule électrolytique et pile d' électrolyseur comprenant de telles plaques bipolaires.

Description

PLAQUE BIPOLAIRE MULTIFONCTION, CELLULE ELECTROLYTIQUE ET ELECTROLYSEUR EN COMPORTANT
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 et de j oints d' étanchéité , lesdites cellules électrolytiques étant pressées entre des plaques de fond (permettant de délimiter l ' ensemble des cellules électrolytiques et d' assurer le serrage desdites cellules électrolytiques entre elles et leur étanchéité ) et des plaques de distribution intercalées entre chaque plaque de fond et le bloc de cellules électrolytiques pour permettre l ' alimentation et la distribution électrique des cellules électrolytiques . Les cellules électrolytiques sont empilées en série d' un point de vue électrique et en parallèle d' un point de vue fluidique .
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 inj ecté un courant électrique continu dans une solution alcaline , comprenant généralement de 1 ' 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 .
Une cellule électrolytique de l ' art antérieur est représentée en perspective éclatée sur la figure 1 . La cellule électrolytique , portant la référence générale 10 , comporte deux plaques bipolaires 14 qui , lorsqu' elles sont assemblées , définissent entre elles un volume interne (ou chambre) dans lequel se trouvent une membrane centrale 11 encadrée par deux électrodes 12a et 12b (une anode et une cathode, respectivement) qui sont elles-mêmes encadrées par deux intercalaires 16 (ou " flow field material " en anglais ) . Par ailleurs , la cellule électrolytique 10 comporte également un j oint d' étanchéité 13 comprimé entre les deux plaques bipolaires 14 de la cellule électrolytique 10 pour assurer l' étanchéité du volume interne de la cellule électrolytique 10 .
Chaque intercalaire 16 a deux fonctionnalités : i ) fournir un chemin métallique de faible résistivité entre chaque plaque bipolaire 14 et l ' électrode 12a, 12b associée ( l ' intercalaire 16 étant pressé entre ladite plaque bipolaire 14 et ladite électrode 12a, 12b) 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 14 vient du fait que , comme les cellules électrolytiques 10 sont toutes accolées les unes aux autres dans une pile d' électrolyseur, une plaque bipolaire 14 N aura un potentiel : plus élevé par rapport à la plaque bipolaire 14 N+l en aval, de sorte que la plaque bipolaire 14 N jouera le rôle d'anode au sein d'une cellule électrolytique 10 définie par les plaques bipolaires 14 N et 14 N+l ; plus faible par rapport à la plaque bipolaire 14 N-l en amont, de sorte que la plaque bipolaire 14 N jouera le rôle de cathode au sein d'une cellule électrolytique 10 définie par les plaques bipolaires 14 N-l et 14 N.
Dans la plupart des cas, chaque plaque intercalaire comprend un voile central entouré d'un anneau assurant une fonction d'armature mécanique, et une fonction d'adduction et d'évacuation de fluide.
Pour pouvoir résister à l'environnement de travail (solution électrolytique contenant de l' hydroxyde de potassium ou de sodium, et donc basique ; température de 80 à 100 °C ; présence d'oxygène à une pression de 30 à 40 bars) , les plaques bipolaires 14 sont réalisées en acier au carbone revêtu de nickel. La plaque bipolaire 14 est lourde et la pose du revêtement de nickel sur l'ensemble de la plaque bipolaire 14 est consommatrice de temps et de ressources.
Il est connu également des plaques bipolaires 14 comportant chacune deux anneaux en matière synthétique pinçant entre eux un voile métallique. Il est nécessaire de prévoir un joint d'étanchéité 13 entre les deux anneaux. Cette structure est certes plus légère mais multiplie le nombre de pièces : on augmente donc le risque de fuite et les manipulations nécessaires à la constitution de chaque cellule électrolytique 10.
OBJET DE L' INVENTION
Un but de l'invention est de proposer une pile d' électrolyseur plus simple et ayant, avantageusement, un rendement amélioré.
RESUME DE L'INVENTION
A cet effet, on prévoit, selon l'invention, une plaque bipolaire pour cellule électrolytique, comprenant un voile central et un anneau entourant le voile central. L'anneau est en matériau synthétique et le voile central est en métal et a un pourtour externe enchâssé dans l ' anneau .
Ainsi , la plaque bipolaire est monolithique alors même qu' elle comprend deux matériaux différents , dont une matière synthétique qui est plus légère que l ' acier mais peut être choisie pour pouvoir supporter l ' environnement d' exploitation . Le montage est donc facilité et la pile d' électrolyseur a un poids réduit .
Selon deux modes de réalisation particuliers alternatifs ou combinés :
- la plaque bipolaire comprend un intercalaire en métal relié au voile central par au moins une soudure et, de préférence , la plaque bipolaire comprend également une anode en métal reliée à l ' intercalaire par au moins une soudure ;
- la plaque bipolaire comprend une anode en métal reliée au voile central par au moins une soudure .
Ceci est particulièrement avantageux car on s ' est aperçu que, dans les piles d' électrolyseur connues , les résistances de contact côté anode sont supérieures d' un ordre de grandeur aux résistances de contact côté cathode en raison de l ' oxydation provoquée par le dégagement d' oxygène . Le soudage de l ' anode sur le voile central avec interposition ou pas d' un intercalaire permet d' avoir une résistance électrique plus faible et donc d' améliorer les performances de la pile d' électrolyseur .
L' invention concerne également une cellule électrolytique et une pile d' électrolyseur comprenant de telles plaques bipolaires .
D' autres caractéristiques et avantages de l ' invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers et non limitatifs 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 l'art antérieur,
La figure 2 est une vue d'une pile d' électrolyseur selon 1' invention,
La figure 3 est une vue en coupe transversale d'une plaque bipolaire de cellule électrolytique selon un premier mode de réalisation particulier de l'invention ;
La figure 4 est une vue en coupe transversale d'une plaque bipolaire de cellule électrolytique selon un deuxième mode de réalisation particulier de l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
En référence à la figure 2, 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 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 .
Ces plaques de fond 3 et 4 forment des supports entre lesquels les cellules électrolytiques 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.
En outre, les plaques de fond 3 et 4 permettent de supporter les efforts générés par la pression interne au bloc 2 ainsi que les efforts 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 .
Néanmoins , la pile d ' électrolyseur 1 comporte , de préférence, 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 . C ' est alors les plaques de distribution 5 et 6 qui vont ici j ouer le rôle de conducteurs électriques et de distributeurs 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 formes cylindriques) 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 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 1 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 permettent ainsi 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 ) . Néanmoins , les moyens de précontrainte sont facultatifs . 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 en relation avec les figures 3 et 4 est également applicable à la description des autres cellules électrolytiques 10 .
En référence à la figure 3 et selon le premier mode de réalisation, une telle cellule électrolytique 10 comporte une membrane centrale 11 qui est encadrée par deux électrodes 12a et 12b (une anode et une cathode, respectivement) qui sont elles-mêmes encadrées par deux intercalaires 16a, 16b (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 , l ' intercalaire 16b associé à l ' anode 12a et la cathode 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 .
Chaque plaque bipolaire 14 comprend un voile central 141 et un anneau 142 entourant le voile central 141 . L' anneau 142 est en matériau synthétique et le voile central 141 est en métal et a un pourtour externe enchâssé dans l ' anneau 142 . Le voile central 141 de la plaque bipolaire 14 est dans un matériau apte à endurer l'environnement corrosif régnant à l'intérieur de la cellule électrolytique 10 et par exemple à base de nickel. Le voile central 141 est ici en nickel ou en acier carbone revêtu extérieurement d'une couche de nickel ou encore en acier inoxydable revêtu extérieurement d'une couche de nickel. Le voile central 141 a une épaisseur de 2 mm par exemple (l'épaisseur est également fixée par le diamètre ou la dimension principale dans le plan perpendiculaire à l'axe A) . L'anneau 142 est en un matériau permettant à l'anneau 142 d'assurer une fonction d'armature mécanique, une fonction de conduction électrique et une fonction d'adduction et d'évacuation de fluide. L'anneau 142 peut également comporter des renforts structuraux judicieusement placés de manière à augmenter sa capacité à reprendre les efforts tout en minimisant sa masse. La matière de base de l'anneau 142 est toute matière thermoplastique résistante aux milieux fortement basiques et à la température comme par exemple le PEEK ou le PPS . La matière de l'anneau 142 peut être renforcée de fibres telles que des fibres de verre, de carbone ou d'aramide. L'anneau 142 a par exemple une petite section carrée, rectangulaire, polygonale, ovale, circulaire ou autre. Par exemple, l'anneau 142 est dimensionné pour répondre à la norme applicable aux réservoirs sous pression et par exemple à la norme PED 2014/68/EU.
Le voile central 141 est pourvu de l'intercalaire 16a qui est en métal et qui est relié au voile central 141 par au moins une soudure. Ledit intercalaire 16a est lui pourvu de l'anode 12a qui est en métal et qui est reliée à l'intercalaire 16a par au moins une soudure. La soudure peut être continue ou discontinue, sur le pourtour ou comprendre des points ou des lignes de soudure répartis sur toute la surface de l'intercalaire 16a de manière à uniformiser la distribution de courant sur toute l'anode 12a. En l'espèce, l'intercalaire 16a et l'anode 12a ont, comme le voile central 141, un pourtour externe enchâssé dans l'anneau 142. L'anode 12a peut être une plaque percée de trous, un filet, une grille, une plaque de métal déployé, une laine métallique,... permettant l'écoulement de l'électrolyte et l'évacuation des bulles de gaz.
L'intercalaire 16a est par exemple une plaque de métal déployé, une laine métallique, une tôle ondulée, une mousse métallique,... permettant l'écoulement de l'électrolyte et l'évacuation des bulles de gaz.
Du côté opposé à l'intercalaire 16a et à l'anode 12a, le voile central 141 est libre.
Ainsi, la plaque bipolaire 14 est 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 et les plaques bipolaires 14 sont asymétriques (selon un plan de symétrie passant par le centre de la plaque bipolaire 14 considérée) . En conséquence, au sein d'une même cellule électrolytique 10, la première face de la plaque bipolaire 14 (celle sur laquelle sont fixées l'intercalaire 16a et l'anode 12a) est en regard d'une deuxième face (celle qui est libre) 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 un plan dans lequel s'étend chaque face principale de la plaque bipolaire 14 et l'axe normal audit plan.
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 normal audit plan est ici confondu avec la direction générale A.
L'épaisseur de la plaque bipolaire 14 (selon l'axe normal) est moins importante que ses autres dimensions. La plaque bipolaire 14 est conformée de sorte à présenter une section transversale (dans le plan) ayant une quelconque forme géométrique (de forme carrée, de forme rectangulaire, en disque,...) . La plaque bipolaire 14 présente ici une section transversale en disque.
L'anneau 142 de la plaque bipolaire 14 est en outre pourvu, ici sur une face située du côté de la première face de la plaque bipolaire 14, d'un joint d'étanchéité 13 qui est solidaire de l'anneau 142 et l'anneau 142 possède, à l'opposé du joint d'étanchéité 13 et donc du côté de la deuxième face, une face texturée . Par exemple, la face texturée comporte des rainures, des stries, des aspérités, un aspect rugueux,... De préférence, le 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 ". Dans le cas présent, le joint d'étanchéité 13 est annulaire et recouvre toute la face de l'anneau 142 destinée à être appliqué contre l'anneau 142 de la deuxième plaque bipolaire 14 formant la cellule électrolytique 10. 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 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 normal au plan) . La plaque bipolaire 14 est ici fabriquée par moulage par bi- injection de matériaux thermoplastiques. Dans un moule à la forme de la plaque bipolaire 14, on place le voile central 141 auquel ont été fixés l'intercalaire 16a et l'anode 12a et on injecte :
- dans une première partie du moule à la forme de l'anneau 142, le matériau thermoplastique constituant l'anneau 142 ;
- dans une deuxième partie du moule à la forme du joint d'étanchéité 13, le matériau thermoplastique constituant le joint d'étanchéité 13.
Les pourtours externes du voile central 141, de l'intercalaire 16a et de l'anode 12a s'étendant en saillie dans la première partie de moule, ils se trouvent enchâssés dans l'anneau 142 (« insert moulding ») .
L'adhésion du joint d'étanchéité 13 à l'anneau 142 est ici le résultat de la bi-injection . En variante, le joint d'étanchéité 13 pourrait être rapporté sur l'anneau 142 par un autre moyen comme le collage ou l'emboîtement de formes complémentaires appartenant à l'anneau 142 et au joint d'étanchéité 13.
Pour former une cellule électrolytique 10, deux plaques bipolaires 14 sont pressées l'une contre l'autre de sorte que les plaques bipolaires 14 délimitent entre elles un volume interne dont l'étanchéité périphérique est assurée par le joint d'étanchéité 13 serré entre les anneaux 142 des deux plaques bipolaires 14.
Ce volume interne est divisé en deux par le diaphragme 11 d'un premier côté duquel se trouvent l'intercalaire 16a et l'anode 12a soudés à la première face du voile central 141 d'une première des deux plaques bipolaires 14 ; et d'un deuxième côté duquel se trouvent la cathode 12b et l'intercalaire 16b qui ont placés en regard de la deuxième face du voile central 141 d'une deuxième des deux plaques bipolaires 14.
La cathode 12b peut être une plaque percée de trous, un filet, une grille, une plaque de métal déployé, une laine métallique,... permettant l'écoulement de l'électrolyte et l'évacuation des bulles de gaz.
L'intercalaire 16b est par exemple une plaque de métal déployé, une laine métallique, une tôle ondulée, une mousse métallique,... permettant l'écoulement de l'électrolyte et l'évacuation des bulles de gaz.
Le voile central 141 joue le rôle de collecteur de courant et va le transmettre aux intercalaires 16a, 16b qui sont de part et d'autre de celui-ci.
Par ailleurs, la plaque bipolaire 14 comporte des conduits qui la traversent de part en part et qui sont dédiés à l'alimentation en solution électrolytique du volume interne de la cellule électrolytique 10 et à l'échappement des produits d ' électrolyse hors du volume interne de la cellule électrolytique 10. Plus précisément, l'anneau 142 est pourvu de conduits de fluide 15 s'étendant selon une direction axiale de la plaque bipolaire 14, c'est-à-dire parallèlement à la direction A, et de conduits radiaux 151, 152 débouchant respectivement chacun d'un côté du voile central 141. 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 pour l'adduction d'électrolyte, un premier conduit d'évacuation d'un premier produit d' électrolyse (un mélange diphasique d'électrolyte et de gaz dioxygène) , un deuxième conduit d'évacuation d'un deuxième produit d' électrolyse (un mélange diphasique d'électrolyte et de gaz dihydrogène) . Les conduits 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 peuvent être réalisés en tout ou partie lors du moulage (par exemple en recourant à un moule à tiroirs) ou être usinés par la suite. 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. Les trous ménagés dans le joint d'étanchéité 13 correspondent ici aux conduits 15 de la plaque bipolaire 14.
On peut prévoir dans le moule des emplacements pour un ou plusieurs micro-capteurs (pression, température,...) qui seront ainsi directement associés à l'anneau 142 soit pour déboucher dans l'un ou l'autre ou plusieurs des conduits, soit dans le volume interne.
On note que le rôle du voile central 141 n'est pas réellement de supporter de hauts efforts de pression au contraire de l'anneau 142 : en effet, les efforts sont égaux sur les deux faces du voile central 141. Le voile central 141 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. Il convient également 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 et que 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.
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 .
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 normal) la plus constante possible sur tout son pourtour (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 parallèlement possible entre elles et aux faces principales des plaques bipolaires 14 en regard. Ceci permet encore davantage d'améliorer l'étanchéité de l'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) . 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, la partie de la cellule électrolytique 10 située au niveau des anneaux 142 des deux plaques bipolaires 14 et 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) . La face libre de l'anneau 142 appliquée contre le joint d'étanchéité 13 étant texturée comme on l'a vu, le joint d'étanchéité 13 peut, en se déformant, remplir les creux de ladite face et ainsi renforcer l'étanchéité de la cellule électrolytique 10. En effet, cette texture constitue 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 texture joue également un rôle qui favorise le frottement entre les cellules électrolytiques 10 et donc l'auto-maintien de la pluralité de cellules d ' électrolyse 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, 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.
On note donc que la membrane 11 comme le joint d'étanchéité 13 sont alors comprimés entre les anneaux 142 des deux plaques bipolaires 14 : 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.
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 dudit 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 dudit 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. Le recours à un joint d'étanchéité 13 unique en matière thermoplastique permet en outre d'améliorer l'étanchéité de de la pile d' électrolyseur 1. En effet, le joint d'étanchéité 13 est dans un matériau dur et résistant aux fortes compressions mécaniques auxquelles est soumis la pile d ' électrolyseur 1 et résiste mieux, et ce même sur une longue durée, à l'environnement corrosif régnant à l'intérieur de la pile d ' électrolyseur 1. En variante, on peut néanmoins utiliser un joint d'étanchéité 13 en élastomère plus classique .
On va à présent décrire un procédé d'assemblage de la pile d ' électrolyseur 1.
Selon une première étape, on empile successivement, sur une première plaque de fond 3 et une première plaque de distribution 5, une plaque bipolaire 14 avec l'anode 12a orientée à l'opposé de la plaque de distribution 5, un diaphragme 11, une cathode 12b, un intercalaire 16b, une plaque bipolaire 14 avec l'anode 12a orientée à l'opposé de la plaque de distribution 5 et ainsi de suite pour former des cellules électrolytiques 10 accolées.
Dans une deuxième étape, la dernière cellule électrolytique 10 est couverte par la seconde plaque de distribution 6, elle-même recouverte par la seconde plaque de fond 4 , délimitant ainsi la pile d' électrolyseur 1 .
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 j oint 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 j oint d' étanchéité 13 : de se déformer suivant la géométrie imposée par les plaques bipolaires 14 l ' enserrant, 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 nominale de la pile d' électrolyseur 1 est par exemple de 85 degrés Celsius sous 3 Mégapascals .
Selon le deuxième mode de réalisation des plaques bipolaires 14 , représenté à la figure 4 , le voile central 141 comprend des reliefs 141 ' en saillie et la plaque bipolaire 14 comprend une anode 12a en métal reliée aux reliefs 141' par des soudures.
Comme précédemment, l'anneau 142 est en matériau synthétique et le voile central 141 est en métal et a un pourtour externe enchâssé dans l'anneau 142. Le voile central 141 de la plaque bipolaire 14 est dans un matériau apte à endurer l'environnement corrosif régnant à l'intérieur de la cellule électrolytique 10 et par exemple à base de nickel. Le voile central 141 est ici en nickel ou en acier carbone revêtu extérieurement d'une couche de nickel. Le voile central 141 a une épaisseur de 2 mm par exemple. L'anneau 142 est en un matériau permettant à l'anneau 142 d'assurer une fonction d'armature mécanique, et une fonction d'adduction et d'évacuation de fluide. La matière de base de l'anneau 142 est toute matière thermoplastique résistante aux milieux fortement basiques et à la température comme par exemple le PEEK ou le PPS . La matière de l'anneau 142 peut être renforcée de fibres telles que des fibres de verre, de carbone ou d'aramide. L'anneau 142 a par exemple une petite section carrée, rectangulaire, polygonale, ovale, circulaire ou autre. Par exemple, l'anneau 142 est dimensionné pour répondre à la norme applicable aux réservoirs sous pression et par exemple à la norme PED 2014/68/EU.
Le voile central 141 est pourvu de l'anode 12a qui est en métal et qui est reliée au voile central 141 par au moins une soudure. La soudure peut être continue ou discontinue, sur le pourtour ou comprendre des points ou des lignes de soudure répartis sur toute la surface de l'anode 12a de manière à uniformiser la distribution de courant sur toute l'anode 12a. En l'espèce, les soudures sont réparties et l'anode 12a a, comme le voile central 141, un pourtour externe enchâssé dans l'anneau 142.
L'anode 12a peut être une plaque percée de trous, un filet, une grille, une plaque de métal déployé, une laine métallique,... permettant l'écoulement de l'électrolyte et l'évacuation des bulles de gaz. Comme précédemment, du côté opposé à l'anode 12a, le voile central 141 est libre.
La plaque bipolaire 14 est comme précédemment pourvue d'un joint d'étanchéité 13 et réalisée par moulage.
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 (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 associé à l'adduction de la solution électrolytique et un seul conduit associé à l'évacuation de chaque produit d' électrolyse . On préférera toutefois avoir deux conduits associés à l'adduction de la solution électrolytique et/ou deux conduits associés à l'évacuation de chaque produit d' électrolyse pour des questions de redondance dans l'éventualité où l'un des conduits viendrait à se boucher. De manière générale, la plaque de distribution électrique pourra ne comporter qu'un seul conduit débouchant à chacune de ses extrémités sur l'une respective des faces principales de la plaque de distribution électrique .
De la même manière, on préférera avoir deux rainures associées à chaque extrémité de chaque conduit pour des questions de redondance.
Les différents conduits pourront ne pas être identiques entre eux .
Les deux plaques de distribution 5 et 6 associées chacune à une extrémité du bloc 2 pourront être différentes et non identiques entre elles comme cela a été évoqué plus haut .
Par exemple , la plaque de distribution 5 , 6 pourra comporter au moins un conduit débouchant au moins à une de ses extrémités dans un renfoncement de ladite plaque de distribution 5 , 6 . Optionnellement , le conduit 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 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 12 , à savoir deux cathodes 12b d' extrémité et une anode 12a centrale .
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 deux modes de réalisation pourront être mixés par exemple en prévoyant des reliefs sur le voile du premier mode de réalisation, l ' intercalaire étant traversé par les reliefs .

Claims

REVENDICATIONS
1. Plaque bipolaire (14) pour cellule électrolytique
(10) , comprenant un voile central (141) et un anneau (142) entourant le voile central (141) , caractérisé en ce que l'anneau (142) est en matériau synthétique et le voile central (141) est en métal et a un pourtour externe enchâssé dans l'anneau (142) et en ce qu'un intercalaire (16) en métal ou une anode (12a) en métal est relié au voile central (141) par au moins une soudure.
2. Plaque bipolaire (14) selon la revendication 1, dans lequel l'intercalaire est relié au voile par au moins une soudure et l'anode (12a) est reliée à l'intercalaire (16) par au moins une soudure.
3. Plaque bipolaire (14) selon la revendication 1, dans laquelle le voile central (141) comprend des reliefs (141') en saillie .
4. Plaque bipolaire (14) selon la revendication 4, dans lequel l'anode (12a) est reliée aux reliefs (141') par des soudures.
5. Plaque bipolaire (14) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'anneau (142) est pourvu d'au moins un conduit de fluide (15, 151, 152) .
6. Plaque bipolaire (14) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle un joint d'étanchéité (13) est solidaire de l'anneau (142) .
7. Cellule électrolytique (10) comprenant au moins une première et une deuxième plaques bipolaires (14) qui sont toutes deux conformes à l'une quelconque des revendications précédentes, entre lesquelles s'étendent au moins un diaphragme (11) , une anode (12a) entre le diaphragme
(11) et la première plaque bipolaire (14) , une cathode (12b) entre le diaphragme (11) et la deuxième plaque bipolaire (14) et un joint d'étanchéité (13) entre les anneaux (142) des plaques bipolaires (14) . 8. Pile d' électrolyseur comprenant deux plaques d'extrémité (3, 4) enserrant une pile d'éléments (2) comportant des cellules électrolytiques (10) , chaque cellule électrolytique (10) étant conforme à la revendication précédente et 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 (10) pour former dans la pile d' électrolyseur (1) le long de celle-ci (1) 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 .
9. Pile d' électrolyseur (1) selon la revendication précédente, comprenant une plaque de distribution (5, 6) s'étendant entre une plaque d'extrémité (3, 4) et la cellule électrolytique (10) adjacente.
10. Pile d' électrolyseur (1) selon l'une des revendications 6 et 7, dans laquelle la pile d'éléments (2) est agencée verticalement ou horizontalement.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2065958A1 (fr) * 2007-11-28 2009-06-03 H-TEC Wasserstoff-Energie-Systeme GmbH Plaques bipolaires pour empilement de cellules combustibles
US20090301868A1 (en) * 2008-06-10 2009-12-10 General Electric Company Methods and systems for assembling electrolyzer stacks
DE102020109430A1 (de) * 2020-04-03 2021-10-07 Forschungszentrum Jülich GmbH Bipolarplattenanordnung, Verwendung einer Bipolarplattenanordnung und Elektrolyse- oder Brennstoffzellenstapel mit einer Vielzahl von Bipolarplattenanordnungen
AU2021293626B2 (en) * 2020-06-15 2024-06-13 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Bipolar zero gap electrolytic cell for water electrolysis
DE102020133770A1 (de) * 2020-12-16 2022-06-23 Forschungszentrum Jülich GmbH Anordnung elektrochemischer Zellen
WO2022128121A1 (fr) * 2020-12-18 2022-06-23 Hoeller Electrolyzer Gmbh Dispositif pour la génération électrolytique d'hydrogène
JP7520757B2 (ja) * 2021-03-18 2024-07-23 株式会社東芝 二酸化炭素電解装置
CA3233829A1 (fr) * 2021-10-14 2023-04-20 Karl-Heinz Lentz Cadre pour cellules electrolytiques a pem et empilement de cellules electrolytiques a pem pour la production d'hydrogene haute pression par electrolyse a pression differentielle

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