FR2562721A1 - Substrat d'electrode pour pile a combustible comportant un separateur en tant que refroidisseur intermediaire et son procede de preparation - Google Patents
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Abstract
SUBSTRAT D'ELECTRODE POUR PILE A COMBUSTIBLE COMPRENANT DEUX COUCHES CARBONEES POREUSES 12, 12 AYANT CHACUNE UN CERTAIN NOMBRE DE TROUS ALLONGES 14 POUR L'INTRODUCTION DE GAZ REACTIFS DANS UNE PILE A COMBUSTIBLE, QUI SONT SITUES A PROXIMITE DU CENTRE DE L'EPAISSEUR DE LADITE COUCHE, ET UN SEPARATEUR CARBONE 13 IMPERMEABLE AUX GAZ INTERCALE ENTRE LESDITES COUCHES ET AYANT UN CERTAIN NOMBRE DE TROUS ALLONGES POUR L'ECOULEMENT DE REFRIGERANT, QUI SONT SITUES A PROXIMITE DU CENTRE DE L'EPAISSEUR DU SEPARATEUR. CHAQUE COUCHE POREUSE EST UNE MONOCOUCHE CARBONEE UNIFORMEMENT POREUSE OU PRESENTE UNE STRUCTURE A DEUX COUCHES COMPRENANT UNE COUCHE PLUS POREUSE, UNE COUCHE MOINS POREUSE ET DES TROUS ALLONGES POUR L'INTRODUCTION DE GAZ REACTIFS DISPOSES ENTRE CETTE COUCHE PLUS POREUSE ET CETTE COUCHE MOINS POREUSE, LA COUCHE MOINS POREUSE AYANT UNE DENSITE APPARENTE PLUS IMPORTANTE QUE LA COUCHE PLUS POREUSE. L'INVENTION CONCERNE EGALEMENT DES PROCEDES POUR LA PREPARATION DE CE SUBSTRAT D'ELECTRODE POUR PILES A COMBUSTIBLE.
Description
Substrat d'électrode pour pile à combustible comportant un séparateur en
tant que refroidisseur intermédiaire
et son procédé de préparation.
La présente invention concerne un substrat d'électrode pour pile à combustible et plus précisément un substrat d'électrode totalement carboné pour piles
à combustible ayant une structure multicouche compre-
nant un séparateur présentant des trous allongés pour le passage d'un réfrigérant et des couches carbonées présentant des trous allongés pour l'introduction de gaz réactifs dans une pile à combustible préparée à partir de celle-ci. La présente invention concerne également des procédés de préparation de ce substrat d'électrode, ainsi que des piles à combustible préparées
à partir de ces substrats d'électrode.
On connaît des piles à combustible comportant un séparateur de type bipolaire nervuré préparé à
partir d'une fine plaque imperméable de graphite.
Par ailleurs, des substrats d'électrode nervurés pour piles à combustible monopolaire ayant une surface nervurée et une surface plate destinées à être mises en contact avec une couche catalytique, ont été mis au point. Ce substrat d'électrode est carboné et poreux
dans son ensemble.
Une structure typique d'un élément d'une pile à combustible monopolaire classique utilisant ce substrat d'électrode est illustrée dans la figure 1. L'élément est composé de deux substrats d'électrodes 1, de deux couches de catalyseur 2, d'une couche matrice 3 imprégnée d'un électrolyte, et de deux feuilles séparatrices 4 devant être mises en contact avec les nervures 5 du substrat 1. Ces éléments sont empilés pour constituer une pile à combustible. Des gaz réactifs, c'est-à-dire de l'hydrogène en tant que gaz combustible et de l'oxygène ou de l'air sont introduits par des gorges formées par les nervures 5 et la feuille séparatrice 4, et ces gaz diffusent dans le substrat d'électrodes poreux 1, depuis la surface nervurée vers la surface plate pour atteindre
la couché:de catalyseur 2 et y réagir.
Pour préparer ce substrat d'électrode, on dispose des procédés suivants, qui ont été proposés antérieurement. A titre d'exemple, un procédé général pour la préparation de substrats d'électrode a été proposé-dans la demande de brevet japonais n 117649/83, dans lequel des méLanges à base de fibres de carbone
courtes sont comprimées pour donner des articles façon-
nés poreux. Un autre procédé est décrit dans le brevet japonais n 18603/78, dans lequel du papier fabriqué à la machine de fibres de carbone est imprégné d'une solution polymère organique et transformé en un papier de fibre de carbone poreux. Un autre procédé pour la pnéparation d'un substrat d'électrode a été proposé dans le brevet des Etats-Unis n 3 829 327 dans lequel un voile de fibre de carbone est soumis à un dépôt de vapeur chimique de carbone pour préparer un substrat d'électrode poreux. Tous Les substrats d'électrode préparés par ces procédés ont une structure monocouche
pratiquement homogène.
Cependant, ces substrats d'électrode mono-
couche homogène peuvent présenter certains des incon-
vénients suivants: avec des substrats de densité appa-
rente supérieure, il est impossible d'obtenir une densité de courant limite suffisamment élevé en raison de la moindre diffusion des gaz réactifs dans le substrat et une dégradation prématurée des performances de la pile à combustible préparée à partir de ceux-ci peut se produire en raison de la quantité insuffisante d'électrolytes contenue dans le substrat, ce qui signifie en d'autres termes, que la durée de vie de la pile à combustible est courte; par ailleurs, lorsque les substrats d'électrode ont des densités apparentes plus faibles, leurs résistances électrique et thermique sont trop élevées et/ou la résistance mécanique telle
que la résistance à la flexion est trop faible.
-En outre, le moment résistant d'un substrat - d'électrode à nervures est réduit du fait de la surface nervurée, qui n'est pas plate comme le montre la figure 1, et les contraintes se concentrent au niveau des arêtes vives 6 des nervures 5 conduisant à une résistance mécanique insuffisante de l'ensemble du substrat d'électrode. Par conséquent, un substrat épais est inévitablement nécessaire afin d'obtenir un substrat façonné suffisamment résistant. Plus précisément, la résistance du substrat vis-à-vis de la diffusion des gaz réactifs le traversant depuis la surface nervurée vers la surface plate, est accrue. Par ailleurs, il est difficile de faire en sorte que la surface supérieure des nervures soit parfaitement plate et que le fait
que la partie supérieure des nervures ne soit pas parfai-
tement plate donne lieu à des résistances de contact électrique et thermique très importantes entre la
surface supérieure des nervures et une feuille sépara-
trice. Comme cela est connu en général, cette résistance de contact peut parfois être plusieurs fois supérieure à la résistance de production dans le substrat et par conséquent, un substrat d'électrode monopolaire peut conduire à une répartition non uniforme de la température dans la pile à combustible et le rendement de production de la pile à combustible est faible en raison de cette
importante résistance de contact.
En général, la pile à combustible est préparée par empilement d'un certain nombre d'éléments, comme
le montre la figure 1, et d'un refroidisseur intermé-
diaire tous Les 5-8 éléments 10. Le problème des résis-
tances de contact électrique et thermique entre élément, par exemple entre un séparateur et une couche poreuse dans laquelle des gaz réactifs diffusent, c'est-à-dire entre deux éléments, ou entre un élément (un séparateur) et un refroidisseur intermédiaire, est particulièrement prononcé. Les résistances de contact entre deux éléments peuvent être totalement annulées si l'on veut réaliser un substrat d'électrode comportant un séparateur obtenu par intégration d'une
ou plusieurs couche (s) poreuse (s).
Un refroidisseur intermédiaire classique est constitué de plaques de carbone. Afin de former des trous allongés pour l'introduction d'air ou d'eau chaude dans ce refroidisseur intermédiaire, deux plaques de carbone munies de gorges sur l'une de leurs surfaces, ont été assemblées l'une à l'autre; ou en variante,
des trous ont été percés dans une plaque de carbone.
Cependant, iL est impossible d'appliquer le perçage de trous à une plaque mince ayant une surface importante par exemple d'une largeur de 60-80 cm destinée à être
utilisée dans une pile à combustible.
La présente invention a pour but de fournir un substrat d'électrode pour piles à combustible ne
présentant pas les inconvénients des substrats classiques.
Par conséquent, le but principal de l'invention est de fournir un substrat d'électrode pour piles à combustible qui comporte un refroidisseur intermédiaire formé par intégration de couches poreuses sous forme
d'un corps unique.
Un autre but de l'invention est de fournir
des procédés pour préparer ce substrat d'électrodes.
Ces buts ainsi que d'autres apparaitront
aux spécialistes à la lecture de la description détaillée
ci-après. Le substrat d'électrode pour piles à combustible fourni par la présente invention comporte un séparateur
ayant des trous allongés pour l'écoulement d'un réfrigé-
rant et deux couches carbonées poreuses disposées de
part et d'autre du séparateur et ayant des trous al-
longés pour l'introduction de gaz réactifs dans une pile à combustible préparée à partir du substrat d'élec-
trode. Le séparateur peut également servir de refroidis-
seur intermédiaire. Le séparateur et les couches poreuses sont intégrés sous forme d'un corps unique par calcination. L'invention concerne également des procédés pour la préparation d'un substrat d'électrode
de ce type.
On décrit ci-après l'invention en détail en se référant aux dessins annexes parmi lesquels: - la figure I représente une structure typique d'un élément d'une pile à combustible de type monopolaire de l'art antérieur; - La figure 2 représente une structure d'un substrat d'électrode de la présente invention; - la figure 3 illustre la structure d'un autre exemple de substrat d'électrode de l'invention, dans lequel la couche poreuse comprend deux couches, chacune d'elles ayant une densité apparente différente; - la figure 4 est une vue schématique d'une partie de la structure d'une pile à combustible comprenant deux substrats d'électrode de l'invention empilés avec deux couches de catalyseur et une couche de matrice;
- les figures 5a et 5b représentent schémati-
quement deux exemples de matériaux destinés à la formation des trous allongés utilisés dans la présente invention; - la figure 6 représente schématiquement une partie de la structure d'une pile à combustible utilisée de façon opérationnelle; - la figure 7 illustre un autre exemple du
séparateur pouvant être utilisé dans la présente inven-
tion; et - la figure 8 représente la structure du substrat d'électrode comprenant le séparateur représenté dans
la figure 7 et deux couches poreuses.
Dans les dessins, les parties ayant des fonctions identiques sont indiquées par le même numéro
de référence.
La figure 2 est une vue explicative d'un mode
de réalisation du substrat d'électrode 11 de l'invention.
Le substrat d'électrode 11 comprend deux couches carbonées poreuses 12, 12' et un séparateur 13, ces trois couches étant intégrées sous forme d'un corps
unique par calcination.
Le séparateur 13 est muni d'un certain nombre de trous allongés 14 pour l'écoulement d'un réfrigérant, par exemple de l'air ou de l'eau chaude, à proximité
du centre de l'épaisseur du séparateur 13.
Les trous allongés 14 pour L'écoutement -du réfrigérant s'allongent de façon continue d'une surface latérale du substrat d'électrode 11 à l'autre, en face de la surface latérale du séparateur 13. Les trous 14 sont pratiquement parallèles les uns aux autres et à une "surface d'électrode", l'une des surfaces latérales ne présentant pas d'orifices de séparateur, contrairement aux surfaces latérales mentionnées ci-dessus qui
comportent des orifices.
Le terme de "surface d'électrode" tel qu'il est utilisé ici désigne la surface supérieure ou la surface supérieure ou la surface inférieure du substrat d'électrode représenté par les figures. Le terme "surface latérale" du substrat d'électrode utilisé ici désigne les surfaces latérales du substrat ou de la pile à combustible, c'est-à-dire les surfaces autres que ladite
"surface d'électrode", comme le montrent les figures.
Chacun des trous allongés 14 servant à l'écou-
lement d'un réfrigérant a une section transversale
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de forme quelconque, par exemple circulaire comme le montre La figure 2, ou rectangulaire, carrée ou toute
autre forme.
La surface de la section transversale de chaque trou allongé 14 peut de préférence être dans la plage d'environ 3 à environ 80 mm. En ce qui concerne les trous 14 ayant une section transversale circulaire comme représentée sur la figure 2, leur diamètre est dans la gamme de 2 à 10 mm. Si la section transversale des trous allongés 14 est de forme autre que circulaire le diamètre d'un cercle ayant la même surface que leur section transversale, ce diamètre étant compris dans la plage spécifiée ci-dessus, peut être considéré comme étant le "diamètre équivalent" des trous allongés présentant n'importe quelle section transversale autre qu'un cercle. Des trous de diamètres inférieurs, conduiront à une résistance trop élevée vis-à-vis de l'écoulement d'un réfrigérant, dans le cas de piles à combustible ayant une surface spécifique d'électrode relativement importante, dans lesquelles les longueurs des trous allongés sont plus importantes. Par ailleurs, des trous de dimensions plus importantes conduiront inévitablement à une augmentation de l'épaisseur du séparateur provoquant une diminution du rendement en volume de la pile à combustible préparée à partir de celui-ci. Le séparateur 13 pouvant être utilisé dans l'invention présente de préférence une densité apparente de 1,2 g/cm ou davantage, une perméabilité aux gaz de 1 x 10-4 ml/cm.h.mmAq ou moins, et une conductivité
thermique de 1 kcal/m.h. C ou plus ainsi qu'une résis-
tance spécifique de 10 x 10-3 Qcm ou moins à l'exclusion
des trous allongés.
Les couches poreuses 12, 12' sont munies d'un certain nombre de trous allongés 15, 15' respectivement
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qui constituent des trajets d'introduction de gaz réactifs
dans une pile à combustible. Ces trous 15, 15' s'allon-
gent entre une surface latérale du substrat d'électrode 11 et l'autre, du c6té opposé à sa surface latérale, à proximité du centre d'épaisseur des couches poreuses 12, 12' respectivement. Les trous allongés 15, 15' sont pratiquement parallèles l'un à l'autre et à une surface d'électrode ainsi qu'à une surface latérale
n'ayant pas d'orifices, celles-ci étant bien sûr diffé-
rentes des surfaces latérales décrites ci-dessus ayant des orifices. Comme le montre la figure 2, la direction longitudinale des trous allongés 15 dans la couche
poreuse 12 sur un côté du séparateur 13 forme prati-
quement des angles droits par rapport à la direction longitudinale des trous 15' dans la couche poreuse 12'
située de l'autre côté dudit séparateur 13.
Chacun des trous allongés 15, 15' servant à l'introduction de gaz réactifs peut avoir une section
transversale de forme quelconque, par exemple rectangu-
laire comme le montre la figure 2, circulaire (voir
figures 4 et 8), ou dans n'importe quelle autre forme.
La surface de la-section transversale de chacun des trous allongés 15, 15' est de préférence dans la plaque d'environ 0,2 à 7 mm. En ce qui concerne les trous 15 de section transversale circulaire, comme le montrent les figures 4 et 8, leur diamètre peut être dans la plage de 0,5 à 3 mm. Par ailleurs, lorsques les trous 15 - ont une section transversale de forme quelconque autre que circulaire, le diamètre d'un cercle ayant la même surface que leur section transversale, ce diamètre étant compris dans la gamme spécifiée ci-dessus, peut être considéré comme étant le "diamètre équivalent" des trous allongés de forme de section transversale quelconque autre que circulaire. Des trous de dimensions inférieures conduiront à une résistance trop élevée vis-à-vis de l'écoulement des gaz réactifs, dans le cas de piles à combustible ayant une surface spécifique d'électrode relativement importante, dans lesquelles les longueurs des trous allongés sont plus importantes. Par ailleurs, des trous de dimensions inférieures conduiront inévi- tablement à une augmentation de l'épaisseur des couches poreuses provoquant une diminution du rendement en volume de la pile à combustible préparée à partir de celles-ci. La couche poreuse 12 du substrat d'électrode 11 représentée dans la figure 2 est uniformément poreuse et carbonée. La couche poreuse 12 a de préférence une densité apparente moyenne dans la gamme de 0,4 à 0,8 g/cm3, une perméabilité spécifique aux gaz réactifs de 20 ml/cm.h.mmAq. ou plus et une conductivité thermique de 0,7 kcal/m.h. C ou plus. Une couche poreuse ayant une densité apparente et une perméabilité
aux gaz dans les plages spécificiées ci-dessus, respec-
tivement, présentera une résistance mécanique satisfai-
sante, comme par exemple une bonne résistance à la flexion, et une résistance à la diffusion des gaz appropriée. La porosité de la couche poreuse 12 peut de préférence être dans la plage de 50 à 80 %. Les pores de la couche poreuse 12 sont des pores ouverts, 60 % des pores ou davantage, ayant un diamètre de 100 gm ou moins. Conformément à la présente invention, une couche poreuse ayant une structure à deux couches telle que représentée dans les figures 3 et 4 (121, 122) peut être utilisée au lieu de la monocouche uniformément poreuse 12 représentée dans la figure 2, afin d'améliorer encore les propriétés en particulier la résistance électrique, la résistance à la flexion etc., d'un substrat d'électrode obtenu à partir de celles-ci. Dans cette couche poreuse de structure à deux couches, Les trous aLLongés 15 ou 15' servant à L'introduction des gaz réactifs, sont pratiqués entre deux couches 121 et 122. La couche 122 adjacente au séparateur 13 a une densité apparente plus importante que la couche 121. De ce fait, la couche 121 ayant une densité apparente plus faible sera désignée ci-après sous le nom de "couche plus poreuse", et la couche 122 ayant une densité apparente plus importante sera désignée sous
le nom de "couche moins poreuse".
La figure 3 représente la structure d'un substrat d'électrode 11' de L'invention qui comprend deux couches poreuses ayant la structure à deux couches décrites ci-dessus 121, 122, et un séparateur 13. La figure 4 est une représentation explicative d'une partie d'une structure de pile à combustible comprenant deux substrats d'électrode 11' de l'invention, telle que représentée dans la figure 3, deux couches de catalyseur 2 et une couche de matrice 3, empiLées les unes sur les autres de
la façon représentée. Dans la figure 4, l'élément corres-
pondant à l'élément de l'art antérieur représenté dans
la figure 1, est indiqué par le numéro 10.
La couche la plus poreuse 121 du substrat d'électrode 11' représentée dans les figures 3 et 4 a les mêmes propriétés physiques que la couche poreuse 12 et 12' du substrat de l'électrode 11 représentée
dans la figure 2.
La couche la moins poreuse 122 du substrat d'électrode 11' représentée dans les.figures 3 et 4 a de préfére.nce une densité apparente dans la plage de 0,5 à 1,0 g/cm3 et une conductivité thermique de 0,9 kcal/m.h. C ou plus. Comme la couche la moins poreuse 122 présente une perméabilité sensiblement plus faible
vis-à-vis des gaz réactifs, les gaz réactifs ne diffu-
seront de façon importante qu'à travers la couche la plus poreuse 121 et l'épaisseur de la couche la moins poreuse 122 sera sensiblement réduite. En outre,'la résistance mécanique, comme par exemple, la résistance à la flexion, du substrat d'électrode 11' est
particulièrement améliorée.
L'épaisseur de la couche la plus poreuse 121 est de préférence dans la gamme d'1/50e à la moitié de la somme des épaisseurs de la couche la plus poreuse
121 et de la couche la moins poreuse 122.
On décrit ci-après en détail le procédé de
préparation d'un substrat d'électrode de l'invention.
Dans le procédé de l'invention, on prépare de préférence, séparément, le séparateur ayant des trous allongés pour l'écoulement d'un réfrigérant, et la
couche poreuse.
A titre d'exemple, on peut préparer un sépara-
teur calciné ayant des trous allongés pour l'écoulement d'un réfrigérant par introduction d'un matériau pour séparateur, d'un matériau pour formation de trous allongés pour l'écoulement d'un réfrigérant, et d'un matériau pour séparateur, dans un moule ayant la forme
appropriée dans l'ordre précité, par moulage par compres-
sion, post-durcissement et calcination.
Comme exemples des matériaux pour séparateur pouvant être utilisés, on citera des mélanges comprenant 50-90 % en poids d'une charge, telle que des particules de carbone ayant un diamètre de 50 Nm ou moins, 50-10 % en poids d'un liant à base de résine thermodurcissable, telle que des résines phénoliques. On peut également utiliser des particules de carbone ayant un diamètre de 50 gm ou moins revêtues de résine phénolique, etc., en tant que charge. Les particules de carbone peuvent être n'importe quelles particules de carbone ainsi que des particules de graphite. On peut utiliser comme liant conformément à l'invention, des brais et des mélanges de brai et de résine phénolique, ainsi que de
ta résine phénolique seule.
Comme exemples de matériaux servant à la
formation des trous allongés pour l'écoulement de réfri-
gérant, pouvant être utilisés conformément à l'invention,_ on citera des tissus textiles et des articles façonnés ayant la forme de treillis, constitués de polymères, tels que des polyéthylènes, des polypropylènes, des polystyrènes, des alcools polyvinyliques, et des chlorures de polyvinyle, qui ont de préférence un rendement de
carbonisation (à 900 C) de 30 % en poids ou moins.
Lorsqu'on utilise des polymères ayant des rendements de carbonisation plus élevés, il est difficile de réguler la formation de trous allongés et leurs diamètres ou leurs diamètres équivalents. Les pbLtymères utilisés pour la formation des trous allongés ne s'évaporent pas et ne fondent pas à 100 C. En d'autres termes, les polymères peuvent se déformer thermiquement mais ne doivent pas s'évaporer ni fondre aux températures et
pressions du moulage par compression.
Les figures 5a et 5b sont deux représentations agrandies illustrant schématiquement les matériaux
servant à la formation des trous allongés pour l'écoule-
ment du réfrigérant: la figure 5a représente un exemple des tissus textiles de polymère et la figure 5b représente un exemple des articles façonnés de type
treillis constitués de polymère.
Le tissu textile de polymère représenté dans la figure 5a comprend des filaments uniques ou des faisceaux constitués d'un certain nombre de filaments uniques qui sont tissés de façon à ce que la distance (T) entre deux filaments ou faisceaux parallèles à la direction d'écoulement du réfrigérant, soit dans la gamme de 3 à 30 mm, et que la distance (L) entre deux filaments ou faisceaux perpendiculaires à la direction d"'écoulement du réfrigérant, soit dans la gamme de
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à 100 mm. Le filament unique ou Le faisceau a de
préférence une section transversale pratiquement circu-
laire ayant un diamètre (d) dans la gamme de 2,2 à
11 mm.
Les articles façonnés de type treillis cons- titués de polymère, tels que représentés dans la figure , peuvent par exemple être préparés par moulage par extrusion d'une masse fondue du polymère, dans un moule, ou par moulage par compression de comprimés ou de poudre du polymère, dans un moule, La section transversale du treillis peut être de forme quelconque, par exemple circulaire, rectangulaire, carrée, en étoile, etc. La surface de la section transversale du treillis peut être pratiquement égale à la surface d'un cercle ayant un diamètre (diamètre équivalent) dans la gamme de 2,2 à 11 mm. A titre d'exemple, dans un article ayant des treillis de section transversale rectangulaire tel que représenté dans la figure 5b, on choisit une largeur (d) dans la gamme de 2 à 9 mm et une hauteur (h) dans la gamme de 2,2 à 10 mm, de façon à ce que la surface dd la section transversale, c'est-à-dire d x h, soit égale à celle d'un cercle ayant un diamètre dans la gamme de 2,2 à 11 mm. En d'autres termes, le diamètre équivalent du treillis peut être dans la gamme de
2,2 à 11 mm. La distance (T) entre deux treillis paral-
lèles à la direction d'écoulement du réfrigérant peut être dans la gamme de 3 à 30 mm, et la distance (L) entre deux treillis perpendiculairement à la direction d'écoulement du réfrigérant peut être dans la gamme
de 5 à 100 mm.
Au cours de la préparation d'un substrat d'électrode de l'invention, les tissus textiles ou les articles façonnés de type treillis constitués de polymère, peuvent être disposés sur un matériau pour séparateur dans un moule, de telle manière que des trous allongés
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pour L'écoulement du réfrigérant, puissent être formés
à proximité du centre de l'épaisseur du séparateur.
De cette manière, les tissus ou Les articles formeront des trous allongés dans le séparateur par calcination après un traitement de postdurcissement. La plus grande partie des matériaux servant à la formation des trous allongés s'évapore et se dissipe par décomposition thermique, alors qu'une petite quantité de ces matériaux
se carbonise par caLcination.
Selon la présente invention, les filaments ou faisceaux des tissus textiles qui sont disposés parallèlement à la direction d'écoulement du réfrigérant contribuent à la formation des trous allongés servant à l'écoulement du réfrigérant, alors que les filaments ou les faisceaux perpendiculaires à la direction d'écoulement du réfrigérant sont utilisés pour relier les filaments ou les faisceaux parallèles à La direction d'écoulement du réfrigérant, les uns aux autres de façon à ce que la distance (T) soit maintenue dans la gamme
précitée. Le terme de "direction d'écoulement du réfri-
gérant" utilisé ici désigne la direction de l'écoulement du réfrigérant dans le séparateur. De même les tissus et les articles façonnés de type treillis qui sont disposés parallèlement à la direction d'écoulement du réfrigérant contribuent principalement à la formation
de trous allongés pour l'écoulement du réfrigérant.
D'une manière générale, le diamètre ou le diamètre équivalent des trous allongés sera inférieur de 3-7% au diamètre initial ou au diamètre équivalent des matériaux utilisés pour la formation de trous allongés lors du refroidissement à la température ambiante après calcination. Par conséquent, le diamètre des filaments ou des faisceaux du tissu textile de départ, ou le diamètre ou le diamètre équivalent des treillis des articles façonnés de départ, peuvent être choisis
de façon appropriée dans les gammes mentionnées précé-
demment, de façon à obtenir les trous allongés ayant le diamètre ou le diamètre équivalent préféré, en
tenant compte de la contraction décrite ci-dessus.
Les matériaux servant à la formation de trous allongés pour l'écoulement du réfrigérant, décrits ci-dessus, ne sont cités qu'à titre d'illustration et de façon non limitative. On peut également utiliser n'importe quels autres matériaux appropriés pour la
formation des trous allongés pour l'écoulement du réfri-
gérant conformément à l'invention.
Après avoir disposé le matériau pour sépara-
teur, le matériau de formation de trous allongés pour
l'écoulement du réfrigérant, et le matériau pour sépara-
teur dans un moule de forme appropriée, on effectue un moulage par compression à une température dans la gamme de 120 à 160 C et sous une pression de 196 à i 407 kPa pendant un temps de 10 à 60 min, et typiquement à 130 C sous 7 840 kPa pendant 30 min. Le produit façonné est ensuite post-durci à la température utilisée pour l'opération de moulage par compression pendant au moins 2 heures, puis calciné sous atmosphère inerte à une température allant de 800 à 3 000 C pendant environ 1 heure. Lors de cette opération, il peut être préférable d'augmenter légèrement la température, par exemple à raison de 100 + 50 C par heure, jusqu'à environ 700 C, de façon à n'entrainer aucune contrainte qui pourrait résulter d'un retrait
brusque par décomposition thermique aux faibles tempé-
ratures. Cette contrainte provoquerait une exfoliation
des couches et/ou des fissures Au lieu du séparateur calciné préparé par le procédé décrit ci-dessus, on
peut également utiliser un séparateur façonné obtenu par moulage par compression dans les opérations décrites ci-après, sans qu'ils aient été s-oumis à L'opération de calcination ci-dessus, pour
préparer le substrat d'électrode de l'invention.
On peut préparer un substrat d'électrode tel
que celui représenté dans la figure 2, ayant une mono-
couche poreuse uniforme 12, 12' de la façon suivante, en utilisant le séparateur calciné ou'le séparateur
façonné obtenu par moulage.
Selon ce procédé, un matériau pour couche poreuse, un matériau destiné à la formation de trous allongés pour l'introduction de gaz réactifs, et un matériau pour couche poreuse sont disposés dans un moule ayant une forme appropriée, dans cet ordre, un séparateur calciné ou un séparateur façonné obtenu par moulage y est déposé, puis de nouveau un matériau *pour couche poreuse, un matériau de formation de trous allongés pour introduction de gaz réactifs, et un matériau pour couche poreuse sont disposés dans cet ordre, et ces matériaux sont ensuite moulés par compression,
post-durcis et calcinés-sous forme d'un corps unique.
Comme exemples de matériaux pour couche poreuse pouvant être utilisés conformément à l'invention, on citera des mélanges comprenant 10-50 X en poids d'une charge, tels que des fibres de carbone courtes, des particules de carbone, etc., 20-40 % en poids d'un liant, tel que des résines phénoliques, des résines époxydes, des brais de pétrole et/ou de houille, et leurs mélanges, et 20-50 % en poids d'un régulateur de pores tel que
des alcools polyvinyliques, des polystyrènes, des poLy-
éthylènes, des polypropylènes, des chlorures de poly-
vinyle et leurs mélanges.
Les fibres de carbone courtes utilisées comme charge conformément à l'invention, ont de préférence un diamètre compris entre 5 et 30 Dm et une longueur de fibres comprise entre 0,02 et 2 mm. Qn utilise des fibres de carbone ayant une longueur supérieure à 2 mm, les fibres s'emmêlent les unes aux autres en boulochant au fur et à mesure que se déroule le présent procédé jusqu'au moulage par compression, ce qui empêchent d'obtenir la porosité souhaitée et la répartition précise des diamètres de pores souhaitée. La résistance exigée du produit ne peut être obtenue avec des fibres
de carbone ayant une longueur inférieure à 0,02 mm.
Le retrait linéaire de carbonisation des fibres de
carbone ne dépasse pas 3 % lorsque les fibres sont calci-
nées à 2 000 C. Des retraits plus importants peuvent
conduire à des fissures du produit lors de la calcination.
Ces fibres de carbone ayant un retrait préféré, permettent
la production d'un substrat d'électrode plus grand.
Le liant utilisé dans l'invention sert à com-
biner les fibres de carbone les unes aux autres en tant que liant carboné après carbonisation et, afin d'obtenir une densité apparente souhaitée, est constitué par une résine ayant un rendement de carbonisation dans la gamme de 30 à 75 % en poids. Ces résines peuvent être des résines phénoliques, des résines époxydes, des brais de pétrole et/ou de houille et leurs mélanges. On préfère en particulier, une résine phénolique en poudre ou sa combinaison avec un brai en poudre obtenu par méLange à sec, et on a trouvé qu'on pouvait préparer avec un liant de ce type, un substrat d'électrode ayant des
propriétés très satisfaisantes.
La quantité de liant mélangé est dans la gamme de 10 à 50 % en poids et de préférence, de 20 à 40 % en poids. Lorsqu'on utilise moins de 10 % en poids de liant, la résistance mécanique du substrat obtenu est
faible en raison de la quantité insuffisante de liant.
Par contre, on ne peut obtenir le diamètre de pore et la perméabilité aux gaz souhaitée lorsqu'on utilise
plus de 50 % en poids de liant.
Le régulateur de pores est un produit important pour la détermination du diamètre de pore du produit final. Selon l'invention, il est préférable d'utiliser des granulés organiques dont 70 % ou plus ont un diamètre de particules compris entre 30 et 300 m afin de réguler la densité apparente et les diamètres de pores du produit. Ces granulés organiques ne s'évaporent pas et ne fondent pas à 100 C. En d'autres termes, les granulés organiques peuvent se déformer thermiquement mais ne doivent pas s'évaporer ni fondre aux températures
et pressions du moulage par compression.
On peut de préférence choisir le régulateur de pores parmi des alcools polyvinyliques, des chlorures de polyvinyle, des polyéthylènes, des polypropylènes, des polystyrènes et leurs mélanges, qui ont un rendement de carbonisation de 30 % en poids ou moins. Avec un rendement de carbonisation dépassant 30 % en poids, il est difficile de réguler La porosité et/ou le diamètre
de pores.
La quantité de régulateur de pores peut être -20 choisie de façon appropriée dans la gamme de 20 à 50 % en poids, selon la densité apparente et les diamètres
de pores souhaités du substrat d'électrode.
Les quantités à mélanger de charge (A), de liant (B) et de régulateur de pores (C) doivent de préférence satisfaire l'équation suivante:
(A + C)/B = 1,5 à 4,0,
o les quantités sont en poids. En dehors de cette gamme, il est difficile de satisfaire toutes les propriétés
souhaitées, telles que la densité apparente, la résis-
tance à la flexion, la perméabilité aux gaz et la résistance électrique. Lorsqu'on utilise dans l'invention à 50 % en poids de la charge et 20 à 50 % en poids du régulateur de pores, la quantité du liant est de
préférence dans la gamme de 20 à 40 Z en poids.
Les matériaux servant à la formation de trous allongés pour l'introduction de gaz réactifs dans une pile à combustible, sont pratiquement identiques aux matériaux servant à la formation de trous allongés pour
l'écoulement de réfrigérant décrit antérieurement.
Les tissus textiles du polymère tels que celui représenté sur la figure 5a, qui peuvent être utilisés afin d'obtenir la gamme souhaitée de diamètre
ou de diamètre équivalent de trous allongés pour l'intro-
duction de gaz réactifs, comprend des filament uniques ou des faisceaux d'un certain nombre de filaments uniques qui sont tissés de façon à ce que la distance (T) entre deux filaments ou entre deux faisceaux parallèles à la direction d'écoulement des gaz, soit dans une plage
de 1,5 à 5 mm et à ce que la distance (L) entre deux.
filaments ou deux faisceaux perpendiculaires à la direction d'écoulement des gaz, soit dans la plage de à 50 mm. Le filament unique ou le faisceau a de préférence une section transversale pratiquement circulaire avec un diamètre (d) dans la plage de 0,5 à
3,3 mm.
Les articles façonnés du type treillis cons-
titués de polymère, tels que celui représenté dans la figure 5b, pouvant également être utilisé conformément à l'invention, peuvent également être préparés par moulage par extrusion d'une masse fondue de polymère dans un moule, ou par moulage par compression de comprimés ou d'une poudre du polymère dans un moule. La section transversale du treillis peut être une forme quelconque par exemple circulaire, rectangulaire, carrée, en étoile, etc. La surface de la section transversale du treillis peut être pratiquement égale à la surface d'un cercle ayant un diamètre (diamètre équivalent) dans la plage de 0,5 à 3,3 mm. A titre d'exemple, on choisit dans un article ayant des treillis de section transversale rectangulaire, tels que représentés dans la figure 5b, une largeur (d) dans la plage de 0,45 à 2,7 mm et une hauteur (h) dans la plage de 0,5 à 3,3 mm, de façon
à ce que la surface de la section transversale, c'est-à-
dire d x h, soit égale à celle d'un cercle ayant un diamètre dans la plage de 0,5 à 3,3 mm: en d'autres termes, le diamètre équivalent du treillis peut être dans la plage de 0,5 à 3,3 mm. La distance (T) entre deux treillis parallèles à la direction d'écoulement des gaz peut être dans la plage de 1,5 à 5 mm, et la distance (L) entre deux treillis perpendiculaires à La direction d'écoulement des gaz peut être dans la
plage de 5 à 50 mm.
Au cours de la préparation d'un substrat d'électrode de l'invention, on peut placer des tissus textiles ou des articles façonnés de type treillis constitués de polymère sur le matériau pour couche
poreuse dans un moule, de façon à ce que des trous alLon-
gés puissent être formés à proximité du centre de L'épaisseur de la couche poreuse. Par conséquent, les tissus ou Les articles donnent naissance à des trous allongés servant à L'introduction de gaz réactifs dans la couche poreuse, par calcination après Le traitement
de post-durcissement. La plus grande partie des maté-
riaux servant à La fabrication de trous aLongés s'éva-
pore et se dissipe par décomposition thermique alors qu'une petite quantité des matériaux peut être
carbonisée par calcination.
Selon la présente invention, les filaments ou faisceaux du tissu textile qui sont parallèles à la -direction d'écouLement des gaz, contribuent à La formation de trous allongés, alors que les filaments ou faisceaux perpendiculaires à la direction d'écouLement des gaz sont utilisés pour Lier les filaments ou les faisceaux paraLlèles à la direction d'écoulement des gaz, Les uns aux autres de façon à ce que La distance (T)
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soit maintenue dans la plage précitée. Le terme de "direction d'écoulement des gaz" désigne ici la direction d'écoulement des gaz réactifs devant être introduits
dans les trous allongés d'un substrat d'électrode.
De mêmes les treillis de l'article façonné de type treillis qui sont parallèles à la direction d'écoulement des gaz contribuent principalement à la formation de
trous allongés.
Les conditions du moulage par compression
permettant d'obtenir un substrat d'électrode de l'inven-
tion, sont une température de moulage dans la plage de 70 à 170 C, une pression de moulage dans la plage de 390 à 9 800 kPa et un temps dans la plage de à 60 min. Le produit moulé par compression est ensuite postdurci à la température utilisée lors de l'opération de moulage par compression, pendant au moins deux heures,
puis calciné sous une atmosphère inerte à une tempé-
rature dans la plage de 800 à 3 000 C pendant environ I heure. Lors de cette opération, il est préférable d'augmenter lentement la température, par exemple à une vitesse de 100 + 50 C par heure, jusqu'à environ 700 C, de façon à n'engendrer aucune contrainte résultant d'un retrait brusque par décomposition thermique aux faibles températures. Cette contrainte provoquerait
une exfoliation des couches et/ou des fissures.
Un substrat d'électrode comprenant une autre couche poreuse d'une structure à deux couches telle que celle représentée dans les figures 3 et 4, peut être préparée dans le procédé de l'invention décrit ci-après. La couche poreuse peut être préparée soit
par moulage par compression en même temps que le sépara-
teur pour former un corps unique, ou soit en effectuant séparément un prémoulage par compression du séparateur suivi d'une calcination avec le séparateur pour former
un corps unique.
* Dans le procédé de L'invention, on dépose un matériau pour former la couche la plus poreuse, un
matériau pour former des trous allongés pour l'intro-
duction de gaz réactifs, et un matériau pour former la couche la moins poreuse, dans un mouLe ayant la forme appropriée, dans cet ordre, on place le séparateur calciné ou le séparateur façonné obtenu par moulage, puis on dispose de nouveau un matériau pour former la couche la moins poreuse, un matériau pour former des trous allongés pour l'introduction de gaz réactifs, et un matériau pour former la couche la plus poreuse, dans cet ordre, puis on moule ces matériaux par compression, on les post- durcit et on les calcine pour former un
corps unique.
A l'exception du matériau pour la formation de la couche la moins-poreuse, les matériaux utilisés sont pratiquement identiques à tous ceux qui ont été -décrits précédemment. A titre d'exemple, le matériau pour la formation de la couche la plus poreuse est
identique à celui qui est utilisé pour les couches poreu-
ses décrites précédemment. Les matériaux pour la formation de La couche la moins poreuse sont semblables à ceux qui ont été utiLisés pour Les couches poreuses décrites précédemment. On peut par exemple utiliser des mélanges comprenant 30-70 Z en poids d'une charge, 20-40 % en poids d'un liant et 10-30 X en poids d'un régulateur de pores, des exemples de chacun de ces matériaux étant donnés ci-dessus. Comme exemples types de mélanges de ce type, on citera ceux que l'on obtient en mélangeant dans un mélangeur tel qu'un mélangeur Henschel, -60 % en poids de fibres de carbone courtes ayant une longueur moyenne de fibre de I mm ou moins, 10- 30 % en poids de particules d'alcool polyvinylique ayant des diamètres répartis dans la gamme de 100 à 300 Nm, et -35 % en poids de résine phénolique en poudre ayant un diamètre de particules de 100 Nm ou moins. Dans ce mélange, la longueur moyenne des fibres de carbone courtes est inférieure de 0,1 à 0,3 mm à celle des fibres de carbone utilisées dans les mélanges pour couches poreuses, et la quantité de particules d'alcool polyvinylique est inférieure de 5 à 20 % en poids à
celle des mélanges pour couches poreuses.
Dans un autre procédé de la présente invention, on dispose dans un moule ayant la forme appropriée, un matériau pour La formation de la couche la moins poreuse, un matériau pour la formation de trous allongés pour l'introduction de gaz réactifs, et un matériau pour la formation de la couche la plus poreuse, dans cet ordre, on soumet ces matériaux à un prémoulage par compression à une température dans la plage de 60 à C et sous une pression dans la plage de 1 960 à 4 900 kPa pendant un temps de 10 à 30 min., et normalement à 80 C, sous 2 940 kPa, pendant 20 min. Par ailleurs, on répète les mêmes modes opératoires pour préparer
un autre produit poreux pré-moulé par compression.
L'un des produits poreux pré-moulé par compres-
sion est placé dans un moule ayant la forme appropriée, la couche la plus poreuse étant disposée du côté inférieure, et le séparateur calciné ou le séparateur façonné obtenu par moulage est ensuite placé sur le produit poreux pré-moulé par compression. L'autre produit pré-moulé par compression est placé sur le matériau séparateur, la couche la moins poreuse faisant face au matériau séparateur, et ces matériaux sont ensuite moulés par compression à une température de 130 à 160 C et sous une pression dans la plage de 1 960 à 4 900 kPa pendant un temps de 10 à 30 min., et normalement à 140 C, sous 3 920 kPa, pendant 20 min., puis sont post-durcis et calcinés. Les modes opératoires et les matériaux utilisés dans ce procédé sont pratiquement identiques à ceux du substrat décrit précédemment ayant une seule
couche poreuse.
Le substrat d'électrode de l'invention présente une meilleure résistance mécanique, par exempte une meilleure résistance à la flexion. L'invention permet d'obtenir d'autres avantages. Plus précisément, on peut préparer un substrat plus mince conduisant à un trajet de diffusion plus court ou à une plus faible résistance à la diffusion des gaz réactifs et à une plus grande densité de courant. Par ailleurs, il est inutile d'utiliser des refroidisseurs intermédiaires classiques pour l'empilement des éléments servant à la fabrication d'une pile à combustible, étant donné que le refroidisseur intermédiaire lui-même est incorporé
au séparateur du substrat d'électrode de l'invention.
Cela a pour résultat de diminuer tes coûts de prépara-
tion de la pile à combustible utilisant les substrats d'électrode de l'invention, par comparaison aux piles à combustible classiques nécessitant des refroidisseurs intermédiaires supplémentaires. En outre, il n'y a aucune résistance par contact électrique ni thermique entre les éléments et le refroidisseur intermédiaire. Il en résulte que les résistances totales électriques et thermiques de la pile à combustible préparée en utilisant
les substrats de l'invention, sont sensiblement réduites.
De plus, le substrat d'électrode comprenant
deux couches poreuses et un séparateur sans refroidis-
seur intermédiaire peut également être préparé conformément au procédé de l'invention, mais si l'on n'utilise pas de matériau de formation de trous allongés pour
l'écoulement du réfrigérant dans le procédé de frabri-
cation du séparateur comportant un refroidisseur inter-
médiaire, conformément à l'invention. Les modes opératoires intervenant dans ce procédé apparaîtront aux spécialistes de la technique. En utilisant les substrats obtenus comportant un séparateur sans refroidisseur intermédiaire, en même temps que le substrat d'électrode de L'invention qui comporte un refroidisseur intermédiaire, on peut obtenir une pile à combustible sans résistances de contact électrique et thermique entre séparateurs (par exemple dans le cas du séparateur sans refroidisseur intermédiaire et du séparateur comportant un refroidisseur
intermédiaire) et les substrats d'électrode.
Les avantages de l'invention apparaissent plus clairement dans le tableau I qui fournit à titre de comparaison les propriétés physiques des substrats d'électrode de l'invention et de l'art antérieur
(figure 1).
Les substrats d'électrode de la présente invention sont de préférence utilisés pour la fabrication d'une pile à combustible par empilement de ceux-ci de la façon représentée sur la figure 1. Cependant, lors du fonctionnement de cette pile à combustible, les gaz
réactifs peuvent également diffuser en dehors des sur-
faces latérales ne présentant pas les orifices des trous allongés des couches poreuses du substrats d'électrode de la pile à combustible, ce qui peut présenter certains dangers en cas de mélange des gaz sur les surfaces
latérales.
Pour éviter ces dangers, les substrats d'élec-
trodes sont généralement imprégnés d'une résine fluoro-
carbonée dans leurs zones périphériques, ou en variante, sont munis d'un certain nombre d'éléments périphériques, comme par exemple représentés dans la figure 6. Dans la figure 6, des éléments d'étanchéité périphériques 21, 22, 23 sont constitués d'un matériau assurant un bon isolement vis-à-vis de la diffusion des gaz, une résistance thermique d'environ 200 C lors du fonctionnement de la pile à combustible, et une bonne résistance à la
Tableau 1
:=: Art antérieur Présente invention
à:....:. ...... . . .
: Résistance à La flexion (kPa) 9 800 24 500
-- - - - - - - - -- - - - - - - - - - ----- - - - - - - - ----___________----------______
: Résistance à la compression (kPa): 9 800: 10 700: :: Substrat: 8: 15:
Résistance ---------------------------------------
1,
électrique: Résistance2 de cQntact 30: -
-' : m):------------------------:-------------------:-------------------: :: Total d'un élément: 77 3): 15:
::....: ......:-:
: Epaisseur pour la diffusion des: 1,2: 0,5: : gaz (mrh) Note: 1) résistance par cm 2)résistance mésurée avec une pression de contact de 98 kPa 3)feuille séparatrice tlmn) + 2 substrats + 2 résistances de contact corrosion par de l'acide phosphorique à 100 %, comme R par exemple du Teflon (marque commerciale de la société Du Pont Corp., U.S.A.), du carbure de silicium, des céramiques ou un matériau approprié revêtu de R Teflon R ou de carbure de silicium. En outre, des tubulures d'admission de gaz 24 sont prévues avec un tube 25 pour l'introduction des gaz réactifs dans les trous allongés, pour introduire les gaz vers les couches
poreuses 12 ou 121.
Plus récemment, on a mis au point un séparateur dans lequel sont intégrés les éléments périphériques pour empêcher la diffusion des gaz réactifs par les
surfaces latérales d'une pile à combustible.
Un exemple préféré de séparateurs de ce type ayant des éléments périphériques qui sont de préférence utilisés dans la présente invention, est illustré dans la figure 7, dans laquelle un séparateur 13' comprend une plaque séparatrice imperméable aux gaz 131 et des éléments d'étanchéité périphériques 132, 132', la plaque et les éléments étant intégrés sous forme d'un corps unique par calcination. Dans la plaque séparatrice 131, se trouve un certain nombre de trous
allongés 14' pour l'écoulement d'un réfrigérant à proxi-
mité du centre d'épaisseur de la plaque.
Comme le montre la figure 7, une paire d'élé-
ments d'étanchéité périphériques 132 ou 132' sont prévus de chaque côté de la plaque séparatrice 131, et la direction longitudinale des éléments 132 est perpendiculaire à la direction longitudinale des
éléments 132'.
La section transversale des trous allongés 14' est de préférence circulaire et présente un diamètre
dans la plage de 2 à 10 mm.
Le séparateur 13' ne comportant pas les trous allongés 14' présente une perméabilité aux gaz dans le sens de L'épaisseur, de 10 4cm2/h.mmAq. ou moins, une résistance à La flexion de 49 000 kPa ou davantage, une conductivité thermique de 4 kcaL/m.h. C ou davantage, et une résistance électrique de 10 mQ.cm ou moins. Par conséquent, Le séparateur 13' présente une étanchéité aux gaz, une résistance mécanique et des conductivités
thermiques et éLectriques-très satisfaisantes.
La hauteur (h) de L'éLément de L'étanchéité périphérique 132, 132' correspond à une épaisseur d'une couche poreuse dans Lesquels Les gaz réactifs diffusent telle que la couche poreuse 12 représentée dans la
figure 2,-ou que Les deux couches 121 plus 122 représen-
tées par la figure 3 et par La figure 4, et est généralement de 2>5 mm ou moins. La perméabilité de l'élément d'étanchéité 132, 132' est suffisamment faible -2 2 en généraL de 10 cm /h.mmAq. ou moins, pour empêcher La diffusion des gaz réactifs à travers L!'éLément,
vers L'extérieur.
Ce séparateur peut être préparé de La façon
suivante.
Selon un procédé préféré, après avoir préparé séparément par précompression un produit façonné pour plaques séparatrices et quatre plaques façonnées pour Les éléments d'étanchéité périphériques, on moute par compression ces plaques dans un moule ayant La forme appropriée, et on Les calcine à une température
-de 1 000 C ou plus.
Le produit façonné pour La préparation d'une plaque séparatrice peut être préparé par dépôt dans un moule ayant la configuration appropriée, d'un matériau mixte pour séparateur, d'un matériau pour la formation de trous allongés pour l'écoulement du réfrigérant, et d'un matériau mixte pour séparateur, dans cet ordre,
cette opération étant suivie d'une pré-compression.
Le matériau mixte pour séparateur peut comprendre -90)% en poids et de préférence 60-80 % en poids, d'une charge carbonée et 10-50 % en poids, de préférence
-40 X en poids d'un liant.
La charge carbonée pouvant être de préférence utilisée, est sélectionnée parmi des particules carbo- nées non gravitables, telles que des morceaux calcinés de brai oxydé, des morceaux de fibres de carbone, des particules calcinées de phénole, etc. Les particules carbonées ont un diamètre moyen de 40 Nm ou moins, et de préférence, de 10 Dm ou moins. Les charges préférées
sont celles que l'on obtient par calcination ou comcas-
sage de brais oxydés par les procédés décrits par exemple dans la publication du brevet japonais n 31116/78. On peut également utiliser n'importe quel
mélange des particules mentionnées ci-dessus.
Le liant est de préférence une résine phéno-
lique.
Les matériaux pour la formation de trous allon-
gés pour l'écoulement du réfrigérant à utiliser de préférence dans la préparation du séparateur, sont ceux qui ont été décrits précédemment et qui ont un rendement de carbonisation de 30 % en poids ou moins, comme par exemple les articles façonnés de type treillis constitués de polymère représentés dans la figure 5b, ayant des treillis de 2,2 à 11,0 mm de diamètre,
T = 3 à 30 mm, L = 5 à 100 mm.
On a trouvé que le retrait linéaire des matériaux pour la formation de trous allongés était de préférence dans la plage de 5 à 7 %, pour l'ensemble du substrat d'électrode, lors de la calcination. Par conséquent, le diamètre des treillis des matériaux pour la formation de trous allongés, peut être sélectionné de façon appropriée dans la plage mentionnée ci-dessus de façon à obtenir les trous allongés de diamètre
préféré, en tenant compte de cette contraction.
Les conditions de pré-compression sont une température de moulage dans La plage de 70 à 170 C, et de préférence de 100 à 120 C, une pression de
moulage dans la plage de 196 à 14 700 kPa, et de pré-
férence, de 16 840 à 14 700 kPa, et un temps de moulage de 10 à 60 min., et de préférence de 5 à 30 min. Les plaques façonnées servant d'éléments d'étanchéité périphériques, peuvent être préparées de la même manière par dépôt du matériau mixte pour séparateur dans un moule ayant la forme appropriée, suivi d'une
pré-compression dans les conditions ci-dessus.
Le produit façonné pour plaques séparatrices et quatre plaques façonnées pour éLéments d'étanchéité périphériques ainsi pré-compressés, sont ensuite moulés par compression dans un moule ayant la forme appropriée (voir figure 7). Le moulage par compression s'effectue à une température dans la plage de 120 à 170 C, de préférence de 130 à 160 C, et sous une pression dans la plage de 196 à 14 700 kPa et de préférence, de 10 840 à 14 700 kPa, pendant un temps dans la plage de à 20 min. Après moulage par compression, le produit moulé peut être post-durci à une température dans la plage de 130 à 160 C et sous une pression de 49 kPa ou moins,
pendant au moins 2 heures.
Le produit ainsi obtenu est ensuite calciné
à une température de I 000 C ou plus.
Selon un autre procédé, les séparateurs peuvent être préparés par dépôt dans un moule ayant la forme appropriée de façon à obtenir la forme souhaitée telle que celle représentée dans la figure 7, d'un matériau mixte pour séparateur, d'un matériau pour la formation de trous allongés pour L'écoulement du réfrigérant, d'un matériau mixte pour séparateur, dans cet ordre, par moulage par compression, et facultativement, mais de préférence, par post-durcissement et par calcination
à 1 000 C ou plus.
Ce séparateur duquel sont solidaires les éléments d'étanchéité périphériques et comportant un refroidisseur intermédiaire, peut être utilisé pour préparer un substrat d'électrode pour pile à combustible tel que celui représenté dans la figure 8, dans lequel une couche poreuse 12 peut être n'importe quelle couche poreuse, comme par exemple l'une quelconque de celles préparées par les procédés décrits dans les demandes de brevets japonais n 117649/83, 37662/84, 46763/84,
63664/84 et 66063/84. Les substrats d'électrode tels que ceux représentés dans la figure 8
peuvent être préparés d'une
façon pratiquement identique à celle décrite ci-après.
Après intégration sous forme d'un icorps unique, Les résistances thermiques et électriques dans les zones périphériques des substrats représentés dans La figure 8 peuvent être sensiblement améliorées ou réduites, alors qu'il est inutile d'utiliser simultanément un élément
périphérique classique pour réaliser l'étanchéité.
Les exemples non limitatifs suivants sont donnés à titre d'illustration de l'invention. Il est à noter que diverses modifications et variantes peuvent être apportées par les spécialistes de la technique
sans effectuer des expérimentations inutiles, ces modi-
fications et variantes entrant dans le cadre de la
présente invention.
Dans ces exemples, la "porosité P(%)" a été
déterminée sur la base de l'équation suivante en suppo-
sant que la densité réelle du substrat carboné est de
1,6 g/cm3: -
P = (1 - pb/1,6) x 100 dans laquelle Pb est la densité apparente mesurée (g/cm) d'un échantillon; la "r2sistance à la flexion (kPa/cm2)" d'un échantillon; La "résistance à La flexion (kPa/cm) d'un article façonné carboné est déterminé conformément aux normes industrielles japonaises (JIS) K-6911/1970, dans le cas d'un échantillon dont les dimensions sont de 100 x 10 x 2,5 mm; et le "diamètre moyen de pores (gm)" d'un échantillon est mesuré par un porosimètre
au mercure (fabriqué par la société Carlo Erba Strumen-
tazione, Italie). La "perméabilité spécifique aux gaz
Q (ml/cm.h.mmAq.)" est déterminée de la manière suivan-
s te: un échantillon cylindrique de 90 mm de diamètre et de t mm d'épaisseur est découpé dans un article façonné devant être soumis à la mesure, la surface latérale circonférentielle de l'échantillon est revêtue d'une résine thermodurcissable de façon à ce que le gaz ne puisse pas diffuser hors de celui-ci, les deux surfaces d'extrémité longitudinale de l'échantillon sont ensuite introduites entre deux tubes de gaz cylindriques à brides munies de joints, une quantité prédéterminée (10 ú/min) d'air est introduite par une extrémité de l'échantillon vers son autre extrémité qui s'ouvre sur
l'atmosphère, la chute de pression entre les deux extré-
mités de l'échantillon est mesurée à l'aide d'un mano-
mètre monté en amont du tube de gaz, et la perméabilité
spécifique au gaz Q est ensuite calculée par l'équa-
s tion suivante: = 6 x t x 104 ,24 x Ap dans lequelle àp est la chute de pression mesurée (mmAq.) et la valeur de 50,24 cm est la surface réelle à mesurer
(correspondant à un cercle de 80 mm de diamètre).
En outre, la "résistivité volumique pv(ncm)" est déter-
minée de la manière suivante: les deux extrémités d'un échantillon sont revêtues d'un matériau électriquement conducteur et la résistance électrique entre les deux extrémités de l'échantillon est mesurée conformément à la norme SRIS (Standards of Japan Rubber Association) 23011969, puis la résistivité volumique est calculée d'après l'équation suivante Pv = R. w. t/Q dans laquelle R est la résistance mesurée (n) entre les deux extrémités de l'échantillon, ú(cm) est la longueur (dans la direction à mesurer), et w (cm) et t (cm) sont les longueurs horizontale et verticale, respectivement,
définissant la section transversale de l'échantillon.
EXEMPLE I: Préparation d'articles façonnés de type
treillis constitués de polypropylène.
Des pastilles de polypropylène, J-215 fournies par la société TONEN SEKIYUKAGAKU K.K., Japon, sont extrudées à l'état fondu au moyen d'une machine de moulage par injection à vis à 230 C, sous une pression de 49 000 kPa dans un moule en acier inoxydable ayant
la forme appropriée maintenue à environ 50 C.
On prépare ensuite des articles façonnés de type treillis constitués de polypropylène tels que représentés dans la figure 5b, mais dont les treillis ont une section transversale circulaire de 0,85 mm de
diamètre, avec T = 2,5 mm, L = 40 mm.
On utilise ces articles comme matériaux pour la formation de trous allongés pour l'introduction de
gaz réactifs dans les exemples suivants.
On réutilise des modes opératoires identiques pour préparer des articles façonnés de type treillis constitués de polypropylène pour la formation de trous allongés pour l'écoulement de réfrigérant, dont les treillis ont des sections transversales de 7,4 mm de
diamètre, avec T = 10 mm, L = 80 mm.
EXEMPLE 2: Préparation de séparateurs.
Dans un moule ayant la forme appropriée, on dépose un mélange homogène comprenant 70 % en poids de particules de carbone, fournis par la NIHON KOKUEN SHOJI Co., Japon, d'un diamètre moyen de 40 lm, et 30 % en poids de résine phénolique, fournis par la Asahi Yukizai Co. Ltd., Japon, l'article façonné de type treillis constitué de polypropyLène pour la formation de trous allongés pour l'écoulement de réfrigérant, préparé dans l'exemple 1, puis le même mélange homogène que celui
cité ci-dessus.
On moule ces matériaux par compression à C, sous 7 840 kPa, pendant 30 min. On utilise le séparateur façonné obtenu par moulage comme matériau pour séparateur (Matériau séparateur moulé) dans les
exemples 4 et 5 ci-après.
On soumet le séparateur façonné à un post-durcis-
sement à 140 C pendant 2 heures, et on le calcine sous une atmosphère d'azote à 2 000 C pendant 1 heure. On utilise le séparateur calciné ainsi obtenu dans
l'exemple 3 suivant.
EXEMPLE 3: Préparation d'un substrat d'électrode à
trois couches.
Dans un moule ayant la forme appropriée, on dépose un mélange pour couche poreuse comprenant 40 % en poids de fibres de carbone courtes, M-104S fournis par la Kureha Kagaku Kogyo Co., Ltd., d'une longueur moyenne de fibres de 0,45 mm, 30 % en poids de particules fines d'alcool polyvinylique en tant que régulateur de pores, fournis par la Nippon Gosei Kagaku Kogyo Co., Ltd., Japon, et 30 % en poids de résine phénolique en tant
que liant, fournis par la Asahi Yukizai Co., Ltd., Japon.
Dans le mélange, on dépose l'article façonné de type treillis constitué de polypropylène pour la formation de trous allongés pour l'introduction de gaz réactifs, préparé dans l'exemple 1, puis le même mélange pour couche poreuse que ci-dessus. On dépose en outre sur les matériaux, le séparateur calciné préparé dans l'exemple 2, le même mélange pour couche poreuse que
ci-dessus, le même matériau pour formation de trous al-
longés pour l'introduction de gaz réactifs que ci-dessus,
et enfin, le même méLange pour couche poreuse que ci-
dessus, dans cet ordre.
On moule ces matériaux par compression à 130 C, sous 3 920 kPa pendant 20 min., on les post-durcit à 150 C pendant environ 2 heures, et après les avoir chauffés lentement à raison de 100 C par heure jusqu'à 700 C, on les calcine sous azote à 2 000 C pendant
1 heure.
On obtient un substrat d'électrode ayant une structure à trois couches telle que représentée
sur la figure 2, et Les trous allongés pour l'introduc-
tion de gaz réactifs et pour l'écoulement de réfrigérant ont des sections transversales circulaires d'environ
0,8 mm et 7 mm de diamètre, respectivement. Les proprié-
tés physiques du substrat sont indiquées dans le
tableau 2.
EXEMPLE 4: Préparation d'un substrat d'électrode à
cinq couches.
Dans un moule ayant la forme appropriée, on dépose un mélange de formation de couche plus poreuse, comprenant 40 % en poids de fibres de carbone courtes, M-104S fournis par la Kureha Kagaku Kogyo Co., Ldt., d'une longueur moyenne de fibre de 0,45 mm, 30 % en poids de particules fines d'alcool polyvinylique en tant que régulateur de pores, fournis par la Nippon Gosei Kagaku Kogyo Co., Ltd., Japon, et 30 % en poids de résine phénolique comme liant, fournis par la Asahi
Yukizai Co., Ltd., Japon.
On dépose sur le mélange l'article façonné de type treillis constitué de polypropylène pour la formation de trous allongés pour l'introduction de gaz réactifs, préparé dans l'exemple 1, puis le même mélange que cidessus pour couche moins poreuse comprenant 50 % en poids de fibres courtes de carbone, 20 % en poids
Z562721
TabLeau 2
:: couche: séparateur poreuse :: :oes:
----- ---- ---- ---- ---- ----............- -----:-
: Epaisseur (mm): 9 : 3,0: ::: total : :::des deux : : Densité apparente (g/cm3) 1): 1,45: 0,58: *à1 : Porosité () 1): - : 64:
:: . . ....:.....:
: Perméabilité spécifique aux 1,8 x 10 5 110 :1,8 x 105 110: : gaz (ml/cm. h.mmAq.):: :
:---:............: ......... * :
: Diamètre moyen des pores (-1): 38 :
:--:............: .........:
: Résistance à la flexion (kPa): 63 700: 10 290: : Résistivité volumique (nm) 5,4 x 103:18 x 103 :5,: 1 -: 1 x 1-: : Conductivité thermique 4 5:
: 4,5: 0,9:
: (kcal/m.h -. C): :: Note: 1) à L'exclusion des trous du même alcool polyvinylique que ci-dessus et 30 % en
poids de la même résine phénolique que ci-dessus.
On dépose en outre sur ces matériaux le matériau séparateur moulé préparé dans l'exemple 2, le même mélange pour couche moins poreuse que ci-dessus, le même matériau de formation de trous allongés pour l'introduction de gaz réactifs que ci-dessus, et enfin, le même mélange pour couche plus poreuse que ci-dessus,
dans cet ordre.
Or soumet ensuite ces matériaux à une compres-
sion à 130 C, sous une pression de 5 360 kPa pendant min. Après postdurcissement, à 150 C pendant environ 2 heures, on augmente lentement la température du produit comprimé à raison de 100 C par heure jusqu'à 700 C, puis on calcine le produit sous une atmosphère
d'azote gazeux à 2 000 C pendant 1 heure.
On obtient un substrat d'électrode ayant la structure à cinq couches représentée dans la figure 3, et les trous allongés pour l'introduction de gaz réactifs et les trous allongés pour l'écoulement de gaz réfrigérant ont des sections transversales circulaires
d'environ 0,8 mm et 7 mm de diamètre respectivement.
Les propriétés physiques du substrat sont indiquées dans
le tableau 3.
EXEMPLE 5:
On dépose dans un moule ayant la forme appro-
priée, le mélange pour couche moins poreuse de l'exemple 4, l'article façonné de type treillis pour la formation de trous allongés pour l'écoulement des gaz réactifs préparé dans l'exemple 1, et le mélange pour couche plus poreuse de l'exemple 4, on le comprime à 80 C, sous une pression de 2 940 kPa pendant 20 min., et on le retire du moule. On répète les mêmes modes opératoires pour préparer un autre produit soumis à un
pré-moulage par compression.
TabLeau 3
i Couche moins Couche plus: Séparateur poreuse poreuse
:____________----------------------- ---------------- ----------------- --------
: Epaisseur (mm): 1,0 : 0,5 9
:_______ _-------_---------------- -- ---------------
: Densité apparente (g/cm3)) 0,72: 0,51 1,45
----- ----- ---------------------- -- - -- ------ -- - - - - - - - -- -- - -- --
1) : Porosité (%) 1) 55: 68:
--- -- --- -- --- -- --- -- --- -- --------------- ------_ - - - - - _----------:-:-:
: Perméabilité spécifique aux gaz (ml/cm.h.mmAq.) 110 1,8 x 10
:_________________________---------- - - - - ------ -- - - - - - - - -- --- -- --
: Dimaètre moyen desppores ()) 42: 39: -:
--:___ ____ ___ _______ _ _- -- -----------:---
: Résistance à la flexion (kPa) 13 230: 63 700:
:______________________________---- - - - - - - - - - - - - - - - ---: -- -- - -- -
: Résistivité volumique (nm) 17 x 10: 5,4 x 10
:_______________________________-_-- --------------- ---- --
: Conductivité thermique 0,9 4,5 : (kcal/m.h. C) Note 1) ---------------------------- l'exclusion des trous Note: 1) à l'exclusion des trous r On place les produits pré-comprimés dans un moule ayant la forme appropriée, la couche plus poreuse se trouvant du côté inférieur. On place ensuite le matériau séparateur moulé préparé dans l'exemple 2 sans calcination, sur la couche moins poreuse du produit pré-comprimé, et on place l'autre produit pré-comprimé sur le matériau séparateur, la couche moins poreuse étant mise en contact avec le matériau séparateur dans
Le moule.
On soumet ces matériaux à un moulage par com-
pression à 130 C, sous une pression de 3 920 kPa pendant min., et on les post-durcit à 140 C pendant environ 2 heures. On augmente lentement la température du produit moulé à une vitesse de 100 C par heure, jusqu'à 700 C. On calcine ensuite le produit à 2 000 C pendant
1 heure sous une atmosphère d'azote.
On obtient un substrat d'électrode ayant une structure et des propriétés semblables a celles de
l'exemple 4.
EXEMPLE 6: Préparation d'articles façonnés de type treillis pour la formation de trous allongés pour
l'écoulement de réfrigérant.
On répète le mode opératoire de l'exemple 1.
On obtient un article façonné de type treillis constitué de polypropylène tel que représenté dans la figure 5b,
mais ayant des treillis de section transversale circu-
laire de 3,5 mm de diamètre, avec T = 10 mm, L = 100 mm.
EXEMPLE 7: Préparation de séparateurs munis d'éléments
d'étanchéité périphériques.
On calcine à 800 C des brais oxydées ayant un diamètre moyen de particules de 10 Nm ou moins, ayant été préparées selon le procédé décrit dans la publication de brevet japonais n 31116/78, et on les broie en
particules ayant un diamètre de 10 hum ou moins.
On prépare un mélange pour séparateur en malaxant 65 % en poids de particules calcinées de brais oxydées et 35 % en poids de résine phénolique, RM-210 fournis par La Asahi Yukizai Co., Ltd., Japon, dans
un mélangeur à palettes.
Dans un moule ayant la forme appropriée, on dépose le mélange et le matériau de formation de trous allongés pour l'écoulement de réfrigérant préparé dans l'exemple 6. On comprime ces matériaux à 110 C, sous une pression de 9 800 kPa, pour préparer une plaque
séparatrice comportant des trous allongés.
Dans un autre moule, de forme appropriée,
on introduit le mélange décrit ci-dessus et on le com-
prime à 110 t, sous 9 800 kPa. On obtient ainsi une plaque façonnée pour éléments d'étanchéité périphériques et on la découpe en plaques plus petites pour obtenir
chacun des éléments périphériques avec la tailLe souhaitée.
La plaque séparatrice et quatre plaques d'éléments périphériques préparées ci-dessus, sont placées dans un moule ayant la forme appropriée, de façon à obtenir la structure souhaitée, telle que représentée sur la figure 7, on les comprime à 140 C, sous une pression de 4 900 kPa, on Les post-durcit à environ
C, sous 392 kPa, et on les calcine à 1 500 C.
Les propriétés du séparateur obtenu dans lequel Les éléments d'étanchéité périphériques sont intégrés à la plaque séparatrice sont les suivantes: Perméabilité spécifique aux gaz sous une pression de N2 de 19,6 kPa au manomètre:
-7 2
4,8 x 107 cm2/h.mmAq.
(à l'exclusion des trous); Résistance électrique: 7,6 ma. cm; Conductivité thermique: 4,7 kcal/m.h. C; Résistance à la flexion: 84 280 kPa; Diamètre des trous aLLongés 3,1 mm; Hauteur de L'élément périphérique: 2,0 mm; Perméabilité aux gaz vers la surface latérale sous une atmosphère de N2 de 19,6 kPa au manomètre:
1,4 x 103 cm2/h.mmAq.
Claims (59)
1. Substrat d'électrode à pile à combustible comprenant deux couches carbonées poreuses (12, 12'), chacune d'entre elles ayant un certain nombre de trous allongés (14) pour L'introduction de gaz réactifs dans une pile à combustible, ces couches étant munies à proximité de
leur centre d'épaisseur, d'un séparateur carbone (13) imper-
méable aux gaz, intercalé entre lesdites couches et
ayant un certain nombre de trous allongés pour l'écoule-
ment de réfrigérant, ces trous étant disposés à proximité
du centre de l'épaisseur du séparateur.
2. Substrat d'électrode selon la revendica-
tion 1, caractérisé en ce que Les trous allongés pour L'écoulement de réfrigérant sont parallèles Les uns aux autres et à la surface d'électrode et à une surface laterale deél'électrode, en ce qu'ils traversent de façon continue Le séparateur entre l'une des autres surfaces latérales, vers une autre surface opposée à
celle-ci, et en ce qu'ils ont un diamètre ou un pseudo-
diamètre dans la plage de 2 à 10 mm.
3. Substrat d'électrode selon la revendica-
tion 1, caractérisé en ce que le séparateur, à l'exclusion des trous allongés pour l'écoulement du réfrigérant,
a une densité apparente de 1,2 g/cm3 ou plus, une perméa-
-4 2
bilité aux gaz de 1 x 104 ci2/h.mmAq. ou moins, une conductivité thermique de 1 kcal/m.h. C ou plus et une
résistance spécifique de 10 x 10 3.cm ou moins.
4. Substrat d'électrode selon la revendica-
tion 1, caractérisé en ce que les trous allongés pour l'introduction de gaz réactifs, sont parallèles les uns aux autres et à la surface d'électrode et à une surface latérale de l'électrode, en ce qu'ils traversent de façon continue la couche poreuse entre l'une des autres surfaces latérales et une autre surface opposée à celle-ci, et en ce qu'ils ont un diamètre ou un diamètre équivaLent dans La pLage de 0,5 à 3 mm; Les trous aLLongés dans La couche poreuse situés d'un côté du séparateur et ceux qui se trouvent dans la couche poreuse de l'autre côté du séparateur, étant disposés dans des directions perpendiculaires l'une à l'autre.
5. Substrat d'électrode selon la revendica-
tion 1, caractérisé en ce que la couche poreuse est une monocouche uniforme et en ce qu'elle a une densité apparente moyenne dans la plage de 0,4 à 0,8 g/cm3, une porosité dans la gamme de 50 à 80 %, une perméabilité aux gaz de 20 ml/cm.h.mmAq. ou plus; et une conductivité thermique de 0,7 kcal/m.h. C ou plus; et en ce que % de ses pores ouverts ou plus ont un diamètre de
gm ou moins.
6. Substrat d'électrode selon la revendica-
tion 1, caractérisé en ce que la couche poreuse comprend une couche plus poreuse, une couche moins poreuse et des trous allongés pour l'introduction de gaz réactifs, situés entre ladite couche plus poreuse et ladite couche moins poreuse, la couche moins poreuse ayant une densité apparente supérieure à celle de la couche plus poreuse.
7. Substrat d'électrode selon la revendica-
tion 6, caractérisé en ce que la couche plus poreuse a une densité apparente moyenne dans la plage de 0,4 à 0,8 g/cm3, une porosité dans la gamme de 50 à 80 %, une perméabilité aux gaz de 20 ml/cm.h.mmAq. ou plus et une conductivité thermique de 0,7 kcal/m.h. C ou plus; et en ce que les pores ouverts ou plus ont un diamètre
de 100 Nom ou moins.
8. Substrat d'électrode selon la revendica-
tion 6, caractérisé en ce que la couche moins poreuse a une densité apparente moyenne dans la plage de 0,5 à 1,0 g/cm3 et une conductivité thermique de
0,9 kcal/m.h.QC ou plus.
9. Susbstrat d'électrode selon la revendica-
tion 1, caractérisé en ce que le séparateur comprend une plaque séparatrice carbonée imperméable aux gaz, deux paires d'éléments d'étanchéité périphériques carbonés:imperméables aux gaz, chaque paire d'éléments étant située de part et d'autre de la plaque séparatrice, et un certain nombre de trous allongés pour l'écoulement du réfrigérant, qui sont slitués à proximité du centre de l'épaisseur de La plaque séparatrice; et en ce que la direction longitudinale d'une paire des éléments
est perpendiculaire à celle de L'autre paire d'éléments.
10. Substrat d'électrode selon la revendica-
tion 9, caractérisé en ce que les trous allongés ont
un diamètre dans La pLage de 2,2 à 11,0 mm.
11. Substrat d'électrode selon la revendica-
tion 9, caractérisé en ce que Le séparateur, à l'exclusion des trous allongés, a une perméabiLité aux gaz de -4 cm2/h.mmAq. ou moins, une résistance à la flexion de 49 000 kPa ou plus, une conductivité thermique de 4 kcal/m.h. C ou plus et une résistance électrique de
x 10-3 cm ou moins.
12. Substrat d'électrode selon la revendica-
tion 9, caractérisé en ce que l'élément d'étanchéité périphérique a une perméabilité aux gaz dans la direction orientée vers la surface latérale du.séparateur de
-2 cm2/h.mmAq. ou moins.
13. Substrat d'électrode selon la revendica-
tion 9, caractérisé en ce que l'élément d'étanchéité
périphérique a une hauteur de 2,5 mm ou moins.
14. Substrat d'électrode selon la revendica-
tion 9, caractérisé en ce que le séparateur est calciné
à 1 000 C ou plus.
15. Procédé pour la préparation d'un substrat d'électrode selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il consiste à: (a) déposer dans un moule ayant la forme appropriée, un matériau pour séparateur, un matériau pour la formation de trous allongés pour l'écoulement de réfrigérant, et un matériau pour séparateur, dans cet ordre, mouler par compression, postdurcir, et calciner; et (b) déposer, dans un moule ayant la forme appropriée, un matériau pour couche poreuse, un matériau pour la formation de trous allongés pour l'introduction de gaz réactifs, un matériau pour couche poreuse, le séparateur calciné et préparé à l'étape (a), un matériau pour couche poreuse, un matériau pour la formation de trous allongés pour l'introduction de gaz réactifs, et un matériau pour couche poreuse, dans cet ordre,_
mouler par compression, post-durcir, puis calciner.
16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé ence que le matériau pour séparateur est un mélahge comprenant 50-90 % en poids d'une charge, telle que des particules de carbone ayant un diamètre de 50 hm ou moins, et 50-10 % en poids d'un liant constitué par une résine thermodurcissable telle qu'une
résine phénolique.
17. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le matériau pour séparateur comprend des particules de carbone ayant un diamètre de 50 Nm
ou moins, qui sont revêtues de résine phénolique.
18. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le matériau pour formation de trous allongés pour l'écoulement de réfrigérant est
un polymère.
19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que le polymère ne s'évapore pas et
ne fond pas à 100 C.
20. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que le polymère est choisi parmi des polyéthylènes, des polypropylènes, des polystyrènes, des alcools polyvinyliques et des chlorures de polyvinyle, et en ce qu'il a un rendement de carbonisation de 30 %
en poids ou moins.
21. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que le matériau pour formation de trous allongés pour L'écoulement de réfrigérant est un tissu textile ou un article façonné de type treilLis
constitué de polymère.
22. Procédé seLon La revendication 21, carac-
térisé en ce que le tissu textile comprend un filament unique ou des faisceaux d'un certain nombre de filaments ayant été tissés et en ce que le filament ou le faisceau
a un diamètre dans la plage de 2,2 à 11 mm.
23. Procédé selon La revendication 22, caractérisé en ce que la distance entre deux filaments ou faisceaux paraLtLèles à La direction d'écouLement du réfrigérant est dans La plage de 3 à 30 mm et en ce que la distance entre deux filaments ou faisceaux
perpendiculaires à la direction d'écoulement du réfri-
gérant est dans la gamme de 5 à 100 mm.
24. Procédé seLon la revendication 21, caractérisé en ce que l'article façonné de type treilLis est préparé par moulage par extrusion d'une masse fondue du polymère dans un moule ou par moulage par compression de pastilles ou de poudre du polymère dans un moule, et en ce que les treillis ont un diamètre
ou un diamètre équivalent dans la plage de 2,2 à 11 mm.
25. Procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce que la distance entre deux treillis parallèles à la direction d'écoulement du réfrigérant est dans la plage de 3 à 30 mm et en ce que la distance entre deux treillis perpendiculaires à la direction d'écoulement du réfrigérant est dans la plage de
5 à 100 mm.
26. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le matériau pour couche poreuse est un mélange comprenant 10-50 % en poids d'une charge, -40 % en poids d'un liant et 20-50 % en poids d'un régulateur de pores. 27. Procédé selon la revendication 26, caractérisé en ce que la charge est choisie Oarmi les
fibres de carbone courtes et de particules de carbone.
28. Procédé selon la revendication 27, caractérisé en ce que la fibre de carbone courte a un diamètre dans la plage de 5 à 30 gm, une longueur dans la plage de 0,02 à 2 mm, et un retrait linéaire de carbonisation ne dépassant pas 3,0 % lorsqu'elle est
calcinée à 2 000 C.
29. Procédé selon la revendication 26, caractérisé en ce que le liant est choisi parmi des résines phénoliques, des résines époxydes, des brais de pétrole et/ou de houille et leurs mélanges, et en ce qu'elle a un rendement de carbonisation dans la plage
de 30 à 75 % en poids.
30. Procédé selon la revendication 26, caractérisé en ce que le régulateur de pores comprend des granulés organiques, dont 70 % ou plus ont un diamètre
de particule dans la plage de 30 à 300 lm.
31. Procédé selon la revendication 30, caractérisé en ce que le; granulé est sélectionné parmi des alcools polyvinyliques, des chlorures dE'polyvinyle, des polyéthylènes, des polypropylènes, des polystyrènes
et leurs mélanges.
32. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le matériau pour formation de trous allongés pour l'introduction de gaz réactifs
est un polymère.
33. Procédé selon la revendication 32, caractérisé en ce que le polymère ne s'évapore pas et
et ne fond pas à 100 C.
34. Procédé selon la revendication 33,' caractérisé en ce que le polymère est sélectionné parmi des polyéthyLènes, des polypropylènes, des polystyrènes, des alcools polyvinyliques et des chlorures de poly- vinyle, et en ce qu'il a un rendement de carbonisation
de 30 % en poids ou moins.
35. Procédé selon la revendication 32, carac-
térisé en ce que le matériau pour formation de trous allongés pour l'introduction des gaz réactifs est un un tissu textile ou un article façonné de type treillis
constitué de polymère.
36. Procédé selon la revendication 35, caractérisé en-ce que le tissu textile comprend un filament unique ou des faisceaux d'un certain nombre de filaments ayant été tissés et en ce que le filament ou Le faisceau aun diamètre dans ta plage de 0,5 à
3,3 mm.
37. Procédé selon la revendication 36, caractérisé en ce que la distance entre deux filaments ou faisceaux parallèles à la direction d'écoulement des gaz est dans la plage de 1,5 à 5 mm et en ce que la
distance entre deux filaments ou faisceaux perpendi-
culaires à la direction d'écoulement des gaz est dans
la gamme de 5 à 50 mm.
38. Procédé selon la revendication 35, caractérisé en ce que l'article façonné du type treillis est préparé par moulage par extrusion d'une masse fondue du polymère dans une filière ou par moulage par compression de pastilles ou de poudre du polymère dans un moule, et en ce que les treillis ont un diamètre
ou un diamètre équivalent dans la plage de 0,5 à 3,3 mm.
39. Procédé selon la revendication 38, caractérisé en ce que la distance entre deux treillis parallèles à La direction d'écoulement du gaz est dans La plage de 1,5 à 5 mm et la distance entre deux treillis perpendiculaires à la direction d'écoulement
des gaz est dans la plage de 5 à 50 mm.
40. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le moulage par compression de l'étape (a) s'effectue à une température dans la plage de 70 à 170 C et sous une pression dans la plage de 196 à 14 700 kPa pendant un temps dans la plage de 10 à 60 min. 41. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le post-durcissement de l'étape (a) s'effectue à la température de moulage pendant au
moins 2 heures.
42. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que la calcination de l'étape (a) s'effectue sous atmosphère inerte à une température dans
la plage de 800 à 3 000 C pendant environ 1 heure.
43. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le moulage par compression de l'étape (b) s'effectue à une température dans la plage de 70 à 160 C et sous une pression dans la plage de 490 à 9 800 kPa pendant un temps dans la plage de 1 à min. 44. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le post-durcissement de l'étape (b) s'effectue à la température de moulage pendant
au moins 2 heures.
45. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que la calcination de l'étape (b) s'effectue sous atmosphère inerte à une température
dans la plage de 800 à 3 000 C pendant environ 1 heure.
46. Procédé pour la préparation d'un substrat d'électrode selon-la revendication 5, caractérisé en ce qu'il consiste à: (a) déposer, dans un moule ayant la forme appropriée, un matériau pour séparateur, un matériau pour la formation de trous allongés pour l'écoulement de réfrigérant, et un matériau pour séparateur, dans cet ordre, et à effectuer un moulage par compression; et (b) déposer dans un moule ayant la forme appropriée, un matériau pour couche poreuse, un matériau pour formation de trous allongés pour l'introduction de gaz réactifs, un matériau pour couche poreuse, le séparateur façonné obtenu par moulage par compression préparé à l'étape (a), un matériau pour couche poreuse, un matériau pour la formation de trous allongés pour l'introduction des gaz réactifs, et un matériau pour couche poreuse, dans cet ordre, à effectuer un moulage
par compression, un post-durcissement et une calci-
nation.
47. Procédé selon la revendication 46, caractérisé en ce que te moulage par- comppession de l'étape (a) s'effectue à une température dans La plage de 120 à 160 C et sous une pression dans la plage de 196 à 14 700 kPa pendant un temps dans la plage de à 60 min. 48. Procédé selon la revendication 46, caractérisé en ce que le moulage par compression de l'étape (b) s'effectue à une température dans la plage de 120 à 160 C et sous une pression dans la plage de 1 960 à 4 900 kPa pendant un temps dans la plage de -à 30 min. 49. Procédé de préparation d'un substrat d'électrode selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il consiste à: (a) déposer, dans un moule ayant une forme appropriée, un matériau pour séparateur, un matériau pour formation de trous allongés pour l'écoulement de réfrigérant, et un matériau pour séparateur, dans cet ordre, à effectuer un moulage par compression, un post-durcissement et une calcination; et (b) déposer, dans un moule ayant une forme appropriée, un matériau pour couche plus poreuse, un matériau pour formation de trous allongés pour l'introduction de gaz réactifs, un matériau pour couche moins poreuse, le séparateur calciné préparé à l'étape (a), un matériau pour couche moins poreuse, un matériau pour formation de trous allongés pour l'introduction de gaz réactifs, et un matériau pour couche plus poreuse, dans cet ordre, à effectuer un moulage par compression,
un post-durcissement et une calcination.
50. Procédé selon la revendication 49, caractérisé en ce que le matériau pour couche plus poreuse est un mélange comprenant 10-50 % en poids d'une charge, 20-40 % en poids d'un liant et 20-50 % en poids
d'un régulateur de pores.
51. Procédé selon la revendication 49, caractérisé en ce que te matériau pour couche moins poreuse est un mélange comprenant 30-70 % en poids d'une charge, 20-40 % en poids d'un liant et 10-30 %
en poids d'un régulateur de pore.
51. Procédé pour la préparation d'un substrat d'électrode selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il consiste à: (a) déposer, dans un moule ayant la forme appropriée, un matériau pour séparateur, un matériau pour formation des trous allongés pour l'écoulement de réfrigérant, et un matériau pour séparateur, dans cet ordre, et à effectuer un moulage par compression; et (b) déposer, dans un moule ayant la-forme appropriée, un matériau pour couche plus poreuse, un matériau pour la formation de trous allongés pour l'introduction de gaz réactifs, un matériau pour couche moins poreuse, le séparateur façonné obtenu par moulage par compression préparé à l'étape (a), un matériau pour 256272l couche moins poreuse, un matériau pour la formation des trous allongés nour l'introduction de gaz réactifs, et un matériau pour couche plus poreuse, dans cet ordre,
à effectuer un moulage par compression, un post-durcis-
sement et une calcination. 53. Procédé pour la préparation d'un substrat d'électrode selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il consiste à: (a) déposer, dans un moule ayant la forme appropriée, un matériau pour séparateur, un matériau pour la formation de trous allongés pour l'écoulement de réfrigérant, et un matériau pour séparateur, dans cet ordre, à effectuer un moulage par compression, un post-durcissement et une calcination; (b) déposer, dans un moule ayant la forme appropriée, un matériau pour couche moins poreuse, un matériau pour la formation de trous allongés pour l'introduction des gaz réactifs, et un matériau pour couche plus poreuse, dans cet ordre, à effectuer un moulage par compression, et à répéter les opérations ci-dessus pour préparer un autre produit identique; et (c) placer, dans un moule ayant la forme appropriée, le produit poreux comprimé préparé à l'étape (b), la couche la plus poreuse étant du côté inférieur, te séparateur calciné préparé à l'étape (a) et l'autre produit poreux comprimé à l'étape (b), La couche la moins poreuse étant déposée sur le séparateur,
à effectuer un moulage par compression, un post-durcis-
sement et une calcination.
54. Procédé selon la revendication 53, caractérisé en ce que le moulage par compression de l'étape (b) s'effectue à une température dans la plage de 60 à 100 C et avec une pression dans la plage de 1 960 à 4 900 kPa pendant un temps dans la plage de 10 à 30 min.
55. Procédé selon la revendication 53, carac-
térisé en ce que le moulage par compression de l'étape (c) s'effectue à une température dans la plage de à 160 C et sous une;pression dans la plage de 1 960 à 4 900 kPa pendant un temps dans la plage de à 30 min. 56. Procédé pour La préparation d'un substrat d'électrode selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il consiste à: (a) déposer, dans un moule ayant la forme appropriée, un matériau pour séparateur, un matériau pour la formation de trous allongés pour l'écoulement de réfrigérant, et un matériau pour séparateur, dans cet ordre, et à effectuer un moulage par compression; (b) déposer, dans un moule ayant la forme appropriée, un matériau pour couche moins poreuse, un matériau pour ta formation de trous allongés pour l'introduction de gaz réactifs, et un matériau pour couche plus poreuse, dans cet ordre, à effectuer un moulage par compression et à répéter les opérations ci-dessus pour préparer un autre produit identique; et (c) placer, dans un moule ayant la forme appropriée, le produit poreux comprimé à l'étape (b), la couche La moins poreuse étant du côté inférieur, le séparateur façonné préparé par moulage par compression à l'étape (a), et l'autre produit poreux comprimé préparé à l'étape (b), la couche la moins poreuse étant déposée sur le séparateur, à effectuer un moulage par
compression, un post-durcissement et une calcination.
57. Procédé selon l'une quelconque- des reven-
dications 15, 46, 49, 52, 53 et 56 pour la préparation
du substrat d'électrode de la revendication 9, caracté-
risé en ce que le séparateur est préparé par un procédé consistant à: déposer, dans un moule ayant une forme appropriée, un matériau mixte pour séparateur comprenant
256 2721
-90 % en poids d'une charge carbonée sélectionnée parmi des particules carbonées non graphitables telles que des morceaux calcinés de brai oxydé, des morceaux de fibres de carbone et des particules de phénole calcinées, et 10-50 X en poids d'un liant, un matériau pour la formation de trous allongés pour l'écoulement de réfrigérant, et un matériau mixte pour te séparateur, dans cet ordre; effectuer une pré-compression pour préparer un produit façonné pour une plaque séparatrice; répéter pratiquement Les mêmes opérations pour préparer quatre plaques façonnées pour obtenir des éléments d'étanchéité périphériques; placer le produit et les plaques dans un moule ayant une forme appropriée; effectuer un moulage par compression; et calciner à une
température de 1 000 C ou davantage.
58. Procédé selon la revendication 57, caractérisé en ce que La charge carbonée comprend des
particules ayant un diamètre de 40 tm ou moins.
59. Procédé selon la revendication 57,
caractérisé en ce que le liant est une résine phénolique.
60. Procédé selon la revendication 57, caractérisé en ce que le matériau pour la formation de trous allongés pour l'écoulement de réfrigérant est un polymère qui ne s'évapore pas et qui ne fond pas
à 100 C.
61. Procédé selon la revendication 58, caractérisé en ce que le polymère est choisi parmi des polyéthylènes, des polypropylènes, des nylons, des polystyrènes, des alcools polyvinyliques et des chlorures de polyvinyle qui ont un rendement de carbonisation
de 30 % en poids ou moins.
62. Procédé selon la revendication 60, caractérisé en ce que le matériau pour la formation de trous allongés pour l'écoulement de réfrigérant est
un article façonné de type treillis constitué du polymère.
63. Procédé selon la revendication 62, caractérisé en ce que L'article façonné de type treillis est préparé par moulage par extrusion d'une masse fondue du polymère dans une filière par moulage par compression de pastilles ou de poudre du polymère dans un moule, et en ce que les treillis ont un diamètre
dans la plage de 2,2 à 11,0 mm.
64. Procédé selon la revendication 63, caractérisé en ce que la distance entre deux treillis parallèles à la direction d'écoulement du réfrigérant est dans la plage de 3 à 30 mm et la distance entre deux treillis perpendiculaires à la direction d'écoulement du réfrigérant est dans la plage de 5 à mm. 65. Procédé selon la revendication 57, caractérisé en ce que la pré-cQmpression s'effectue à une température dans la plage de 70 à 170 C et sous
une pression dans la plage de 196 à 14 700 kPa.
66. Procédé selon la revendication 57,
caractérisé en ce que le moulage par compression s'ef-
fectue à une température dans la gamme de 120 à 170 C
et sous une pression dans la plage de 196 à 14 700 kPa.
67. Procédé selon l'une quelconque des
revendications 15, 46, 49, 52, 53 et 56, pour la
préparation du substrat d'électrode de la revendication 9, caractérisé en ce que le séparateur est préparé par un procédé consistant à: déposer dans un moule ayant la forme appropriée, un matériau mixte pour séparateur, comprenant 50-90 % en poids d'une charge carbonée
choisie parmi des particules carbonées non gra-
phitisables, telles que des morceaux calcinés de brai oxydé, des morceaux de fibres de carbone et des particules de phénole calcinés, et 10-50 % en poids d'un liant, un matériau pour la formation des trous allongés pour l'écoulement de réfrigérant, et un matériau
256 2721
mixte pour séparateur, dans cet ordre; effectuer un moulage par compression à une température dans la gamme de 120 à 170 C et sous une pression dans La gamme de 196 à 14 700 kPa; et effectuer une calcination à une température de 1 000 C ou plus.
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| JP59069870A JPS60236459A (ja) | 1984-04-06 | 1984-04-06 | インタ−ク−ラ−内蔵燃料電池用電極基板及びその製造方法 |
| JP59140251A JPS6119070A (ja) | 1984-07-06 | 1984-07-06 | インタ−ク−ラ−兼用燃料電池用セパレ−タ−及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2562721A1 true FR2562721A1 (fr) | 1985-10-11 |
| FR2562721B1 FR2562721B1 (fr) | 1988-08-05 |
Family
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|---|---|---|---|
| FR8505143A Expired FR2562721B1 (fr) | 1984-04-06 | 1985-04-04 | Substrat d'electrode pour pile a combustible comportant un separateur en tant que refroidisseur intermediaire et son procede de preparation |
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Families Citing this family (32)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1259101A (fr) * | 1984-04-09 | 1989-09-05 | Hiroyuki Fukuda | Substrat d'electrode pour pile a combustible carbonace, comportant un separateur a trois couches; methode de preparation |
| US4794043A (en) * | 1985-04-30 | 1988-12-27 | Kureha Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Carbon product comprising carbonaceous materials joined together, said carbon product for electrode substrate of fuel cells and process for production thereof |
| JPS62123662A (ja) * | 1985-11-25 | 1987-06-04 | Kureha Chem Ind Co Ltd | 燃料電池用電極基板 |
| US4913982A (en) * | 1986-12-15 | 1990-04-03 | Allied-Signal Inc. | Fabrication of a monolithic solid oxide fuel cell |
| DE3900381C1 (fr) * | 1989-01-09 | 1990-09-27 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt, De | |
| US5510063A (en) * | 1994-04-15 | 1996-04-23 | Corning Incorporated | Method of making activated carbon honeycombs having varying adsorption capacities |
| EP0755328A4 (fr) * | 1994-04-15 | 1997-11-12 | Corning Inc | Corps alveolaires en charbon actif presentant des capacites d'adsorption variables et procede pour leur fabrication |
| DE4443945C1 (de) * | 1994-12-09 | 1996-05-23 | Fraunhofer Ges Forschung | PEM-Brennstoffzelle |
| US5726105A (en) * | 1995-04-20 | 1998-03-10 | International Fuel Cells | Composite article |
| US6037073A (en) * | 1996-10-15 | 2000-03-14 | Lockheed Martin Energy Research Corporation | Bipolar plate/diffuser for a proton exchange membrane fuel cell |
| US6146780A (en) * | 1997-01-24 | 2000-11-14 | Lynntech, Inc. | Bipolar separator plates for electrochemical cell stacks |
| US6051173A (en) * | 1998-01-15 | 2000-04-18 | International Business Machines Corporation | Method of making a solid oxide fuel cell with controlled porosity |
| JP4000651B2 (ja) * | 1998-01-19 | 2007-10-31 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池用セパレータの製造方法 |
| US6020083A (en) * | 1998-10-30 | 2000-02-01 | International Fuel Cells Llc | Membrane electrode assembly for PEM fuel cell |
| US6451471B1 (en) * | 1999-07-15 | 2002-09-17 | Teledyne Energy Systems, Inc. | Conductivity fuel cell collector plate and method of fabrication |
| WO2001056103A1 (fr) * | 2000-01-27 | 2001-08-02 | Mitsubishi Rayon Co., Ltd. | Materiau d'electrode a base de carbone poreux, son procede de fabrication, et papier a fibres de carbone |
| GB0016752D0 (en) * | 2000-07-08 | 2000-08-30 | Johnson Matthey Plc | Electrochemical structure |
| US7592089B2 (en) * | 2000-08-31 | 2009-09-22 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Fuel cell with variable porosity gas distribution layers |
| US6566004B1 (en) * | 2000-08-31 | 2003-05-20 | General Motors Corporation | Fuel cell with variable porosity gas distribution layers |
| JP3463806B2 (ja) * | 2000-12-22 | 2003-11-05 | 日本ピラー工業株式会社 | 燃料電池用セパレータ及びその製造方法 |
| US6706437B2 (en) | 2001-01-10 | 2004-03-16 | Sgl Carbon Ag | Bipolar plates for fuel cell stacks |
| CA2451609C (fr) * | 2001-07-09 | 2010-02-16 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Procede de fabrication de separations pour pile a combustible |
| EP1484810A1 (fr) | 2002-03-14 | 2004-12-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Procede de fabrication de pile a combustible du type a electrolyte polymere |
| GB2386467B (en) * | 2002-08-27 | 2004-02-18 | Morgan Crucible Co | Bipolar plates |
| FR2858465A1 (fr) * | 2003-07-29 | 2005-02-04 | Commissariat Energie Atomique | Structures poreuses utilisables en tant que plaques bipolaires et procedes de preparation de telles structures poreuses |
| US8211593B2 (en) * | 2003-09-08 | 2012-07-03 | Intematix Corporation | Low platinum fuel cells, catalysts, and method for preparing the same |
| JP5000073B2 (ja) * | 2003-09-08 | 2012-08-15 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池スタックの氷点下起動方法、燃料電池スタックの氷点下起動システム、および燃料電池スタックの設計方法 |
| US20050058866A1 (en) * | 2003-09-15 | 2005-03-17 | Intel Corporation | Integrated platform and fuel cell cooling |
| US20050058867A1 (en) * | 2003-09-15 | 2005-03-17 | Intel Corporation | Integrated platform and fuel cell cooling |
| KR100949332B1 (ko) * | 2007-08-24 | 2010-03-26 | 삼성에스디아이 주식회사 | 리튬 이차 전지용 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 |
| US20090294359A1 (en) * | 2008-06-03 | 2009-12-03 | Baxter International Inc. | Priming system and method using pumping and gravity |
| WO2011043760A1 (fr) * | 2009-10-08 | 2011-04-14 | Utc Power Corporation | Conductivite thermique reduite dans des couches de diffusion gazeuse de piles a combustible pem |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0078025A2 (fr) * | 1981-10-22 | 1983-05-04 | Energy Research Corporation | Méthode de fabrication d'un dispositif intégral de refroidissement de gaz et dispositif ainsi obtenu |
| EP0080129A1 (fr) * | 1981-11-13 | 1983-06-01 | Energy Research Corporation | Dispositif de refroidissement de gaz |
| EP0083938A1 (fr) * | 1982-01-11 | 1983-07-20 | Energy Research Corporation | Sous-ensemble de piles à combustibles |
| FR2534071A1 (fr) * | 1982-10-01 | 1984-04-06 | Kureha Chemical Ind Co Ltd | Substrat d'electrode de pile a combustible possedant des trous allonges pour l'alimentation en gaz reactifs |
Family Cites Families (37)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1515592A (en) * | 1923-06-11 | 1924-11-18 | David P Davies | Traction device for truck wheels |
| US1968811A (en) * | 1931-04-24 | 1934-08-07 | Albert R Dobbs | Tire chain |
| CH394326A (de) * | 1961-12-14 | 1965-06-30 | Siemens Ag | Gasdiffusionselektrode mit gerichteter Porosität und Verfahren zu ihrer Herstellung |
| US3407038A (en) * | 1962-07-09 | 1968-10-22 | Union Carbide Corp | Shredded carbonaceous fiber compactions and method of making the same |
| US3222698A (en) * | 1962-12-13 | 1965-12-14 | Gen Motors Corp | Resilient plastic seat elements |
| US3395049A (en) * | 1963-07-15 | 1968-07-30 | Exxon Research Engineering Co | Method of making a porous electrode |
| NL132695C (fr) * | 1963-10-18 | |||
| FR1401402A (fr) * | 1964-04-23 | 1965-06-04 | Comp Generale Electricite | Electrode à diffusion gazeuse |
| DE1254520B (de) * | 1964-12-23 | 1967-11-16 | Sigri Elektrographit Gmbh | Verfahren zur Herstellung homoeoporoeser Kohlenstoffkoerper |
| DE1671482A1 (de) * | 1968-02-06 | 1971-09-16 | Sigri Elektrographit Gmbh | Katalysatorelektrode |
| US3829337A (en) * | 1971-11-12 | 1974-08-13 | Fu Shing Mfg & Lumber Co Ltd | Jointless construction method of the wooden products |
| JPS5817319B2 (ja) * | 1974-03-13 | 1983-04-06 | 呉羽化学工業株式会社 | タコウシツカ−ボンシ−ト ノ セイゾウホウ |
| US3960601A (en) * | 1974-09-27 | 1976-06-01 | Union Carbide Corporation | Fuel cell electrode |
| US3956014A (en) * | 1974-12-18 | 1976-05-11 | United Technologies Corporation | Precisely-structured electrochemical cell electrode and method of making same |
| US3964930A (en) * | 1975-07-21 | 1976-06-22 | United Technologies Corporation | Fuel cell cooling system |
| IL49872A (en) * | 1975-07-21 | 1978-07-31 | United Technologies Corp | Fuel cell cooling system using a non-dielectric coolant |
| US3990913A (en) * | 1975-07-21 | 1976-11-09 | United Technologies Corporation | Phosphoric acid heat transfer material |
| US4064322A (en) * | 1976-09-01 | 1977-12-20 | United Technologies Corporation | Electrolyte reservoir for a fuel cell |
| US4165349A (en) * | 1977-08-15 | 1979-08-21 | United Technologies Corporation | Method for fabricating a ribbed electrode substrate |
| US4111925A (en) * | 1977-10-14 | 1978-09-05 | Monsanto Company | Hydrolysis of esters of α-L-aspartyl-L-phenylalanine |
| US4157327A (en) * | 1977-12-27 | 1979-06-05 | United Technologies Corporation | Thermally conductive caulk |
| IT1111479B (it) * | 1978-06-20 | 1986-01-13 | Fiat Spa | Struttura composita porosa grafite resina di elettrodi per applicazione in sistemi elettrochimici |
| US4169917A (en) * | 1978-07-10 | 1979-10-02 | Energy Research Corporation | Electrochemical cell and separator plate thereof |
| US4345009A (en) * | 1979-08-17 | 1982-08-17 | United Technologies Corporation | Fuel cell stack compressive loading system |
| US4233369A (en) * | 1979-10-29 | 1980-11-11 | United Technologies Corporation | Fuel cell cooler assembly and edge seal means therefor |
| US4293648A (en) * | 1979-12-12 | 1981-10-06 | G. D. Searle & Co. | Process for esterification of α-L-aspartyl-L-phenylalanine |
| US4324844A (en) * | 1980-04-28 | 1982-04-13 | Westinghouse Electric Corp. | Variable area fuel cell cooling |
| US4442165A (en) * | 1981-03-26 | 1984-04-10 | General Electric Co. | Low-density thermally insulating carbon-carbon syntactic foam composite |
| JPS57166354A (en) * | 1981-04-01 | 1982-10-13 | Kureha Chemical Ind Co Ltd | Porous carbon formed body and manufacture |
| US4374906A (en) * | 1981-09-29 | 1983-02-22 | United Technologies Corporation | Ribbed electrode substrates |
| US4426340A (en) * | 1981-09-29 | 1984-01-17 | United Technologies Corporation | Process for fabricating ribbed electrode substrates and other articles |
| US4489142A (en) * | 1981-11-13 | 1984-12-18 | Energy Research Corporation | Fuel cell cooling assembly |
| US4478918A (en) * | 1981-12-25 | 1984-10-23 | Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha | Fuel cell stack |
| US4455334A (en) * | 1982-05-21 | 1984-06-19 | Nippon Pillar Packing Co. Ltd. | Molded gland packing |
| US4522895A (en) * | 1982-10-05 | 1985-06-11 | Kureha Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Multilayer fuel cell electrode substrate having elongated holes for feeding reactant gases |
| DE3247999C2 (de) * | 1982-12-24 | 1984-11-15 | Hoechst Ag, 6230 Frankfurt | Siegelbare polyolefinische Mehrschichtfolie |
| JPS60236461A (ja) * | 1984-04-04 | 1985-11-25 | Kureha Chem Ind Co Ltd | 燃料電池用電極基板及びその製造方法 |
-
1985
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1987
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0078025A2 (fr) * | 1981-10-22 | 1983-05-04 | Energy Research Corporation | Méthode de fabrication d'un dispositif intégral de refroidissement de gaz et dispositif ainsi obtenu |
| EP0080129A1 (fr) * | 1981-11-13 | 1983-06-01 | Energy Research Corporation | Dispositif de refroidissement de gaz |
| EP0083938A1 (fr) * | 1982-01-11 | 1983-07-20 | Energy Research Corporation | Sous-ensemble de piles à combustibles |
| FR2534071A1 (fr) * | 1982-10-01 | 1984-04-06 | Kureha Chemical Ind Co Ltd | Substrat d'electrode de pile a combustible possedant des trous allonges pour l'alimentation en gaz reactifs |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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