FR2588421A1 - Substrat d'electrode pourvu d'une tubulure, pour une pile a combustible et procede pour le produire - Google Patents
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Abstract
ON DECRIT ICI UN SUBSTRAT D'ELECTRODE POURVU D'UNE TUBULURE, POUR UNE PILE A COMBUSTIBLE, COMPRENANT 1 LES DEUX ELECTRODES POREUSES ET CARBONEES COMPRENANT RESPECTIVEMENT LES CANAUX D'ECOULEMENT POUR UN GAZ REACTIF ET REUNIES AUX DEUX SURFACES D'UN SEPARATEUR PAR L'INTERMEDIAIRE D'UNE FEUILLE DE GRAPHITE SOUPLE, 2 LE SEPARATEUR QUI A ETE PROLONGE AU-DELA DE L'ELECTRODE ET 3 LA TUBULURE QUI COMPREND UNE PLAQUE DE CARBONE COMPACTE ET IMPERMEABLE AUX GAZ ET EST POURVUE DE PASSAGE D'ECOULEMENT POUR L'INTRODUCTION DU GAZ REACTIF ET REUNIE A LA PARTIE AINSI PROLONGEE DU SEPARATEUR PAR L'INTERMEDIAIRE D'UNE FEUILLE DE GRAPHITE SOUPLE, TOUS LES MATERIAUX COMPOSITES AYANT ETE SOUS FORME D'UN SEUL CORPS CARBONE, ET UN PROCEDE POUR PRODUIRE LE SUBSTRAT D'ELECTRODE.
Description
Substrat d'électrode pourvu d'une tubulure, pour une
pile à combustible et procédé pour le produire.
La présente invention est relative à un substrat d'électrode, pour une pile à combustible du type à acide phosphorique, et à un procédé pour produire celui-ci, et de façon plus détaillée, elle concerne un substrat
d'électrode pourvu d'une tubulure, pour la pile à com-
bustible, comprenant (1) les deux électrodes poreuses et
carbonées pourvues respectivement des canaux d'écoule-
mnient du gaz réactif et réunies aux deux surfaces du séparateur par l'intermédiaire d'une feuille de graphite souple, (2) le séparateur qui a été pzolongé au-delà de l'électrode et (3) la tubulure qui comprend une plaque de carbone compacte et imperméable aux gaz et est pourvue du passage d'écoulement de l'introduction du gaz réactif et réunie à la partie du séparateur ainsi prolongé par l'intermédiaire de la feuille de graphite souple, tous les matériaux composites ainsi mentionnés ayant été mis sous forme d'un seul corps carboné, et un
procédé pour produire le substrat d'électrode.
De façon générale, le substrat en tant qu'une électrode dans une pile à combustible du type à acide phosphorique est empilé de telle sorte que l'une des surfaces du substrat est en contact avec la matrice d'acide phosphorique et que l'autre surface du substrat
est en contact avec le séparateur.
De plust afin de former une pile à combustible par empilage des substrats d'électrode, la tubulure est disposée sur la partie périphérique (bord) du substrat d'électrode pour l'introduction du gaz réactif dans la pile à combustible afin d'empêcher en même temps la diffusion du gaz réactif depuis le côté du substrat
d'électrode vers l'extérieur.
Jusqu'à maintenant, dans une telle pile à com-
bustible, la jonction des matériaux composites de celle-ci les uns aux autres a été effectuée à l'aide d'un ciment au carbone. Cependant, comme le ciment au carbone est rongé par l'acide phosphorique, cela peut provoquer l'exfoliation des matériaux composites et l'apparition de fuites du gaz réactif à travers la
partie de jonction.
De plus, il y a eu un problème du point de vue de la résistance mécanique du matériau en ce qu'un tel substrat d'électrode a la possibilité de se briser lors de la manipulation dans le cas o l'aire superficielle de celui-ci est trop importante, parce qu'une électrode
a généralement la forme d'une plaque mince.
A la suite des études menées par la demanderesse concernant des procédés de production de substrat d'électrode pourvu d'une tubulure, pour une pile à combustible, qui ne présente pas les défauts mentionnés plus haut, la demanderesse a trouvé que le substrat d'électrode pourvu de la tubulure, pour une pile à combustible, dans lequel tous les matériaux composites de celui-ci ont été réunis par du carbone puis calcinés en un seul corps, offre une résistance particulièrement excellente à l'acide phosphorique et, comme une partie périphérique servant également de tubulure de gaz (dénommée par la suite en tant que "tubulure") a été réunie à la partie périphérique du substrat en un seul corps, que celle- ci présente un effet de renforcement et une telle électrode est excellente en ce qui concerne la propriété de manipulation. A partir de ces découvertes,
la demanderesse a mis au point la présente invention.
Le premier objet de la présente invention est donc de fournir un substrat d'électrode pourvu d'une tubulure, pour une pile à combustible, dans lequel la
tubulure comprenant un passage d'écoulement pour l'in-
troduction du gaz réactif a été mise sous forme d'un
seul corps carboné avec la partie du substrat d'élec-
trode. Le second objet de la présente invention est de
fournir un substrat d'électrode pour une pile à combus-
tible du type à acide phosphorique, qui est excellent du
point de vue de la résistance à l'acide phosphorique.
Les autres objets et les avantages de la pré-
sente invention seront évidents pour les spécialistes à
la suite des descriptions suivantes.
Selon un premier aspect de la présente inven-
tion, on fournit un substrat d'électrode pourvu d'une tubulure, pour une pile à combustible, comprenant (1)
deux électrodes poreuses et carbonées pourvues respec-
tivement de canaux d'écoulement pour le gaz réactif et
réunies aux deux surfaces d'un séparateur par l'inter-
médiaire d'une feuille de graphite souple, (2) le séparateur qui a été prolongé au-delà de l'électrode et (3) une tubulure qui comprend une plaque de carbone compacte et imperméable aux gaz et est pourvue d'un passage d'écoulement pour l'introduction du gaz réactif et réunie à la partie prolongée du séparateur par l'intermédiaire de la feuille de graphite souple, tous les matériaux composites étant mis sous forme d'un seul
corps carbone.
Selon un second aspect de la présente invention,
on fournit un procédé pour produire un substrat d'élec-
trode pourvu d'une tubulure, pour une pile à combus-
tible, lequel procédé comprend: (1) la jonction à l'aide d'un adhésif, de deux feuilles de graphite souple aux deux surfaces de la matière d'un séparateur, (2) l'application de l'adhésif sur chacune des surfaces de jonction des deux matières d'électrode carbonées et poreuses qui ont une aire superficielle inférieure à celle du séparateur et. ont été pourvues de canaux d'écoulement pour le gaz réactif, les feuilles de graphite souple et la matière de la tubulure comprenant une plaque de carbone compacte et imperméable aux gaz, (3) la jonction des deux matières d'électrode aux deux surfaces de la matière du séparateur par l'intermédiaire de la feuille de graphite souple et la jonction de la matière de la tubulure à la partie de la matière du séparateur se prolongeant au-delà de la matière de l'électrode par l'intermédiaire de la feuille de graphite souple, (4) la calcination de tous les matériaux composites ainsi réunis les uns aux autres sous une pression réduite et/ou dans une atmosphère inerte et de plus (5) la fabrication de trou(s), qui devient (deviennent) un (des) passage(s) d'écoulement pour l'introduction du
gaz réactif, lors d'une étape quelconque de ce procédé.
Dans les dessins ci-joints, la figure 1 repré-
sente un plan en projection horizontale du substrat d'électrode selon la présente invention; les figures 2 et 3 sont respectivement les vues en coupe droite selon les lignes II-II et III-III de la figure 1, et la figure 4 représente les vues partielles en coupe droite montrant la construction intérieure de la tubulure (les figures de gauche) et les plans partiels en projection
horizontale montrant également la construction inté-
rieure de la tubulure (les figures de droite).
La présente invention est relative à un substrat d'électrode pourvu de la tubulure, pour une pile à combustible, dans lequel les deux électrodes carbonées et poreuses comprenant respectivement les canaux d'écoulement pour le gaz réactif ont été réunies aux deux surfaces du séparateur par l'intermédiaire d'une feuille de graphite souple; le séparateur a été prolongé au-delà de l'électrode; la tubulure qui comprend une plaque de carbone compacte et imperméable aux gaz a été pourvue du passage d'écoulement pour l'introduction du gaz réactif est réunie à la partie ainsi prolongée du séparateur par l'intermédiaire de la
feuille de graphite souple et tous les matériaux com-
posites ainsi obtenus ont été mis sous forme d'un seul corps carboné, et à un procédé de production du substrat
d'électrode mentionné plus haut.
Le substrat d'électrode selon la présente in-
vention sera expliqué davantage en détail en référence aux dessins cijoints de la façon suivante: Dans les dessins ci-joints, la figure 1 est un plan en projection horizontale du substrat d'électrode selon la présente invention et les figures 2 et 3 sont respectivement les vues en coupe droite selon les lignes
II-II et III-III de la figure 1.
Le substrat d'électrode selon la présente in-
vention a une construction comprenant les deux électrodes 1, 1' ayant des canaux d'écoulement 5, 5' pour le gaz réactif, le séparateur 4 interposé entre les deux électrodes et les tubulures 2, 2' adjacentes à la périphérie des électrodes, les parties jointives de
chacune de ces matières ayant été réunies par l'inter-
médiaire d'une feuille de graphite souple De plus, le passage d'écoulement 3 pour l'introduction du gaz réactif est disposé dans la tubulure 2 et traverse la
tubulure 2 et également le séparateur 4.
Le passage d'écoulement 3 pour l'introduction du no gaz réactif est (1) relié au canal d'écoulement 5 du gaz réactif disposé dans l'électrode 1 comprenant la partie
de diffusion gazeuse 6 et la nervure 7, par l'intermé-
diaire d'un passage d'écoulement 11 du gaz réactif disposé dans la tubulure 2 ou (2) relié directement au canal d'écoulement 5 du gaz réactif disposé dans l'électrode 1, et l'autre électrode 1' est fermée par la
tubulure 2' (voir la figure 3).
Dans la figure 2, le passage d'écoulement 3' pour l'introduction du gaz réactif est (1) relié au canal d'écoulement 5' du gaz réactif disposé dans
l'électrode 1' par l'intermédiaire d'un passage d'écou-
lement 11' du gaz réactif fourni dans la tubulure 2' ou (2) relié directement au canal d'écoulement 5' du gaz
réactif disposé dans l'électrode 1', et l'autre élec-
trode 1 est fermée par la tubulure 2.
Le canal d'écoulement 5 du gaz réactif est imposé par la partie de diffusion gazeuse 6 dans l'électrode 1, la nervure 7 et le séparateur 4 ou la feuille de graphite souple (se référer à 30 dans la
figure 4) réunis au séparateur 4.
L'électrode comprend une matière carbonée et poreuse et il est préférable que l'électrode ait une
densité moyenne en vrac de 0,3 à 0,9 g/ml, une per-
méabilité aux gaz d'au moins 200 ml/cm2.heure.mmAq et une résistance électrique ne dépassant pas 200 mn.cm après avoir été calcinée à une température d'au moins 1000C sous une pression réduite et/ou dans une
atmosphère inerte.
A propos du séparateur, il est préférable que le séparateur ait une densité moyenne en vrac d'au moins 1,40 g/ml, une perméabilité aux gaz ne dépassant pas 106 ml/cm2.heure.mmAq, une résistance électrique ne dépassant pas 10 mQ.cm et une épaisseur ne dépassant pas 2 mm. Il existe différents modèles concernant la structure intérieure de la tubulure et certains exemples de ceux-ci sont illustrés dans la figure 4. Les figures de gauche de la figure 4 sont des sections en coupe droite partielle de la tubulure et les figures de droite de la figure 4 sont des plans partiels en projection
horizontale de la tubulure, respectivement.
Dans (1) de la figure 4, la tubulure a une construction telle qu'elle est divisée en trois parties 21, 22 et 23 et la nervure 7 de l'une des électrodes a une construction telle qu'elle pénètre un peu sous la partie 21 de la tubulure (par exemple jusqu'à la position 7"). Le bord intérieur de la partie 22 de la tubulure est représenté par 22'. Les deux parties 21 et 22 de la tubulure, 22 et le séparateur 4 et 23 et le séparateur 4 sont mutuellement réunis respectivement par l'intermédiaire de la feuille de graphite souple comme
cela est représenté par 40 dans (1) de la figure 4.
Dans (2) de la figure 4, les parties 21 et 22 de la tubulure dans le dessin (1) ci-dessus ont été formées en un seul corps et la tubulure comprend les deux parties 21 et 23. La nervure 7 se termine dans le même plan 7" que la surface du bord de la partie de diffusion gazeuse 6. De plus, la surface correspondant au bord
intérieur 22' de (1) est représentéepar 21'.
Dans (3) et (4) de la figure 4, on représente une structure dans laquelle l'une des électrodes réunies au séparateur a été prolongée jusqu'à l'une ou l'autre
des extrémités du passage d'écoulement 3 pour l'intro-
duction du gaz réactif (l'extrémité étant représentée par 1") et entre en contact avec le bord intérieur de la
partie 21 de la tubulure.
Dans chacun des cas mentionnés plus haut, la feuille de graphite souple a été interposée entre les matières mentionnées ci-dessus sauf entre l'électrode et la tubulure et tous les matériaux composites ont été mis
sous forme d'un seul corps.
De plus, les structures représentées dans la figure 4 n'indiquent que quelques exemples de la structure intérieure de la tubulure, et divers modèles de structure intérieure de tubulure différents de ceux qui sont illustrés plus haut peuvent être utilisés en
fonction de l'objet.
Il est préférable que la tubulure mentionnée plus haut ait une densité moyenne en vrac d'au moins 1,40 g/ml et une perméabilité aux gaz ne dépassant pas
104 ml/cm2.heure.mmAq.
Comme cela a été décrit plus haut, dans le substrat d'électrode pour une pile à combustible selon la présente invention, bien que tous les matériaux composites aient été réunis ensemble par l'intermédiaire de la feuille de graphite souple, l'importance de la fuite de gaz à travers la tubulure comprenant les parties jointives ne dépasse pas de préférence 10 2
ml/cm.heure.mmAq, dans le cas o la fuite est repré-
sentée par la valeur de la fuite de gaz par la longueur
de la périphérie de la partie jointive sous une dif-
férence de pression définie par unité de temps, à savoir par la relation de [valeur de la fuite de gaz/(longueur
du côté).(différence de pression)].
Afin de produire le substrat d'électrode pourvu de la tubulure pour une pile à combustible selon la présente invention, les matières d'électrode, la matière du séparateur et la matière de la tubulure sont réunies ensemble par interposition de la feuille de graphite souple entre les matériaux composites à l'aide d'un adhésif et tous les matériaux composites ainsi réunis sont calcinés sous une pression réduite et/ou dans une
atmosphère inerte.
De plus, le trou 3 qui devient le passage d'écoulement pour l'introduction du gaz réactif de la tubulure peut être effectué lors d'une étape quelconque du procédé de production du substrat d'électrode selon la présente invention, par exemple, le trou 3 peut être perce-avant ou apres la réunion de la matière de la tubulure à la matière de l'électrode et à la matière du séparateur. Il est préférable évidemment de faire convenablement un passage d'écoulement 11 reliant ce
trou 3 au canal d'écoulement 5 de la matière de l'élec-
trode avant d'effectuer la jonction de la matière de la tubulure. Le procédé avantageux pour la production du substrat d'électrode pourvu de la tubulure, pour une pile à combustible selon la présente invention, sera
expliqué de la façon suivante.
En premier lieu, on réunit deux matières d'électrode poreuses et carbonées pourvues de canaux d'écoulement pour le gaz réactif et la matière du séparateur dont la surface est plus grande que celle de la matière de l'électrode, en interposant la feuille de graphite souple entre chacune des matières d'électrode et la matière du séparateur de telle façon que la matière du séparateur se prolonge au-delà de la matière
de l'électrode, en utilisant un adhésif.
On peut utiliser les matières suivantes comme matière d'électrode pour le substrat d'électrode conforme à la présente invention: (1) une matière obtenue par moulage thermique d'un mélange de fibres de carbone courtes, d'un liant et d'une substance granulaire organique sous une pression (par exemple se référer à la demande de brevet japonais publiée avant examen N' 59-68170 (1984)), et en particulier, la matière obtenue par moulage thermique du mélange comprenant 20 à 60 % en poids de fibres de carbone courtes dont la longueur ne dépasse pas 2 mm, 20 à 50 % en poids d'une résine phénolique et 20 à 50 % en poids d'une substance granulaire organique (régulateur de micropore) dans des conditions comprenant une température de moulage de 100 à 180 C, une pression de moulage de 2 à 100 kgf/cm2G (2 à 100.105 N/m2), la pression étant maintenue pendant 1 à 60 minutes, (2) une matière obtenue par calcination de la matière moulée du point (1) ci-dessus à une température d'au moins 1000'C sous une pression réduite et/ou dans une atmosphère inerte, (3) une matière moulée comprenant (a) la partie diffu- sant le gaz consistant en feuilles de papier imprégné de résine, préparées par imprégnation de feuilles de papier obtenues par une méthode de papeterie à partir d'un mélange de fibres de carbone dont la longueur ne dépasse pas 20 mm, d'au moins une sorte de fibres organiques choisies parmi une pulpe, des fibres de cellulose régénérée et des fibres de polyacrylonitrile, etc, et d'un liant pour papeterie, avec une solution d'une résine phénolique (par exemple, voir la publication de brevet japonais N' 53-18603 (1978)) et (b) la nervure préparée par moulage de la matière première indiquée dans (1) et (4) une matière obtenue par calcination de la matière
moulée décrite dans le point (3) ci-dessus à une tem-
pérature d'au moins 1000'C sous une pression réduite
et/ou dans une atmosphère inerte.
La matière du séparateur utilisée selon la présente invention est de préférence une plaque carbonée compacte présentant un taux de retrait à la calcination ne dépassant pas 0,2 %e dans le cas o la matière est calcinée à 2000'C sous une pression réduite et/ou dans
une atmosphère inerte.
La feuille de graphite souple utilisée selon la présente invention est de préférence le produit préparé par compression des particules expansées obtenues, par exemple, par soumission des particules de graphite dont le diamètre ne dépasse pas 5 mm à un traitement à l'acide puis à un chauffage des particules de graphite ainsi traitées à l'acide, et il est préférable que la feuille de graphite ait une épaisseur ne dépassant pas 1 mm, une densité en vrac de 1,0 à 1,5 g/ml, un taux d'effort de compression (à savoir le taux de l'effort sous la charge de compression de 1 kgf/cm2 (105N/m2)) ne
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dépassant pas 0,35 x 102 cm2/kgf (0,35.107 m2/N) et une flexibilité telle qu'elle n'est pas brisée lors-
qu'elle est pliée selon un rayon de courbure de 20 mm.
Parmi les feuilles de graphite souple commercialisées, le GRAFOIL (marque déposée) (fabriqué par U.C.C.)
constitue l'exemple convenable.
Ensuite, on réunit avec un adhésif la matière de la tubulure à la partie prolongée de la matière du séparateur ainsi obtenu qui a été prolongée audelà de l'électrode du substrat d'électrode, en interposant la feuille de graphite souple entre la matière de la
tubulure et la matière du séparateur.
La matière de la tubulure est de préférence une matière carbonée compacte présentant un taux de retrait à la calcination ne dépassant pas 0,2 % lorsque la matière est calcinée à 2000'C sous une pression réduite
et/ou dans une atmosphère inerte.
L'adhésif appliqué sur chaque surface de jonc-
tion lorsque les matières d'électrode, la matière du séparateur et la matière de la tubulure mentionnées ci-dessus sont réunies ensemble par l'intermédiaire de 'la feuille de graphite souple, peut être l'un quelconque des adhésifs utilisés généralement pour réunir les matières carbonées ordinaires, cependant, il est particulièrement préférable d'utiliser une résine thermodurcissable choisie parmi des résines phénoliques, des résines époxy et des résines de type furanne à ce propos. Bien que l'épaisseur de la couche de l'adhésif ne soit pas particulièrement limitée, il est préférable d'appliquer l'adhésif de façon uniforme en une épaisseur
ne dépassant pas généralement 0,5 mm.
De plus, la jonction réalisée avec l'adhésif
mentionné plus haut peut être effectuée dans les condi-
tions comprenant une température de 100 à 180-C, une pression de jonction de 1,5 à 50 kgf/cm2G (1,5 à 50.105 N/m2), la pression étant maintenue pendant 1 à 120 minutes. Ensuite, on post-durcit les matériaux composites ainsi obtenus en chauffant à la température de pression pendant au moins 2 heures, puis on les calcine-à une température de 800 à 3000'C pendant environ 1 heure sous
une pression réduite et/ou dans une atmosphère inerte.
Comme la tubulure du substrat d'électrode pourvu de la tubulure pour une pile à combustible selon la présente invention a été réunie au substrat en un seul corps, l'introduction et la décharge du gaz nécessaire est rendue possible comme dans le cas d'une pile à combustible entière par chacune des sections de la tubulure de la pile à combustible empilée lorsque le gaz réactif est simplement introduit dans la tubulure et en conséquence, il n'est pas nécessaire évidemment de disposer une tubulure extérieure pour l'introduction et la décharge du gaz actif, etc, qui est considérée comme étant nécessaire dans une pile à combustible classique et en même temps, une telle construction a l'effet
suivant.
A savoir, toutes les matières du substrat d'électrode selon la présente invention ont été mises sous forme d'un seul corps de carbone et en conséquence, le substrat d'électrode conforme à la présente invention a une excellente résistance à l'acide phosphorique et il est particulièrement utile comme substrat d'électrode
pour une pile à combustible du type à acide phospho-
rique. De plus, comme la tubulure a été disposée et réunie uniformément autour du substrat d'électrode ayant la forme d'une plaque mince, une telle construction produit un effet de renforcement et il en résulte que le substrat d'électrode selon la présente invention a une
propriété de manipulation excellente lors de la produc-
tion de la pile à combustible. La présente invention sera expliquée davantage en détail en référence à l'exemple non limitatif suivant.
EXEMPLE.
(1) Matière de l'électrode: Après avoir mélangé 35 % en poids de fibres de carbone courtes (fabriquées par KUREHA KAGAKU KOGYO Co., Ltd., sous la dénomination commerciale de M-204S, ayant un diamètre moyen de 14 microns et une longueur moyenne de 400 microns), 30 % en poids d'une résine phénolique
(fabriquée par ASAHI YUKIZAI Co., Ltd. sous la dénomi-
nation commerciale de RM-210) et 35 % en poids de particules d'alcool polyvinylique (fabriquées par NIHON GOSEI KAGAKU KOGYO Co., Ltd., ayant un diamètre moyen de 180 microns), on a introduit le mélange dans un moule métallique prédéterminé et on l'a moulé dans des conditions comprenant une température de moulage de 'C, une pression de moulage de 35 kgf/cm2G (35.105 N/m2), la pression étant maintenue pendant 20 minutes pour produire une matière d'électrode nervurée mesurant
600 mm de long, 600 mm de large et 1,5 mm d'épaisseur.
L'épaisseur de la nervure et l'épaisseur de la partie de diffusion gazeuse de cette matière était de 1,0 mm et
0,5 mm respectivement.
(2) Matière du séParateur: Une plaque de carbone compacte (fabriquée par SHOWA DENKO Co., Ltd. épaisse de 0,8 mm) a été coupée en
un morceau de 720 mm de largeur et de longueur respec-
tivement, et le morceau de la plaque de carbone compacte
ainsi obtenu a été utilisé comme matière du séparateur.
(3) Matière de la tubulure: On a découpé à partir d'une plaque de carbone compacte (fabriquée par TOKAI Carbon Co., Ltd. ayant une densité en vrac de 1,85 g/ml et une pression de 1,63 mm), deux morceaux de 60 mm de large sur 720 mm de long et deux morceaux de 60 mm de large sur 600 mm de long. Chacune des parties des quatre morceaux des plaques ainsi obtenues correspondant à chacun des passages d'écoulement pour la production du gaz réactif a été découpée pour fournir les passages d'écoulement (trous) pour l'introduction du gaz réactif. Ensuite, deux des plaques sur les quatre morceaux des plaques
avec trous ainsi obtenues ont été respectivement pour-
vues de passages d'écoulement pour le gaz réactif pour relier le passage d'écoulement pour l'introduction du gaz réactif dans la tubulure aux canaux d'écoulement du gaz réactif dans l'électrode, par découpage des parties correspondantes. Ainsi, on a obtenu les quatre morceaux des matières de tubulure à réunir à une surface du séparateur. Egalement, en utilisant la méthode et la même matière de qualité et de dimension mentionnées ci-dessus comme matière de tubulure mentionnée plus haut, on a obtenu les quatre morceaux des matières de
tubulure à réunir à l'autre surface du séparateur.
(4) Feuille de qraDhite souple: Une feuille de GRAFOIL (marque déposée) (fabriquée par U.C.C., ayant une densité en vrac de 1,10 g/ml et une épaisseur de 0,13 mm) (dénommée par la suite simplement GRAFOIL) a été convenablement découpée en morceaux correspondant à l'aire des surfaces de jonction respectives et les morceaux ainsi obtenus ont
été utilisés comme feuilles de graphite souple.
Après application d'un adhésif de la série des résines phénoliques sur les deux surfaces de la matière du séparateur mentionné plus haut et sur une surface de chaque feuille de GRAFOIL puis séchage de l'adhésif ainsi appliqué, le séparateur et la feuille de GRAFOIL ont été réunis dans des conditions comprenant une température de jonction de 135 C, une pression de jonction de 10 kgf/cm2G (106 N/m2), la pression étant
maintenue pendant 20 minutes.
Ensuite, l'adhésif a été appliqué sur chacune des surfaces du GRAFOIL des matières ainsi réunies et l'adhésif ainsi appliqué a été séché. De la même façon, l'adhésif a été appliqué sur la surface des nervures de la matière d'électrode mentionnée plus haut et sur la surface de jonction de la matière de la tubulure devant être réunie à la feuille de GRAFOIL et l'adhésif ainsi
appliqué a été séché.
Ensuite, on a introduit chacune des matières mentionnées plus haut dans un moule métallique de façon à former une configuration prédéterminée (à savoir la configuration selon laquelle chacune des deux matières d'électrode est disposée sur chacune des deux surfaces du séparateur mentionné plus haut et la matière de la tubulure est disposée sur la partie du séparateur se prolongeant au-delà de l'électrode), on a réuni ensemble les matières ainsi placées à 135 C sous une pression de kgf/cm2G (106 N/m2) pendant 20 minutes, puis calciné les matières ainsi réunies à 2000OC pendant 60 minutes dans une atmosphère d'azote gazeux pour fournir le substrat d'électrode pour une pile à combustible pourvue de la tubulure et mis sous forme d'un seul corps carboné.
Claims (13)
1. Substrat d'électrode pourvu d'une tubulure
pour une pile à combustible, comprenant (1) deux élec-
trodes poreuses et carbonées comprenant respectivement des canaux d'écoulement pour le gaz réactif et réunies aux deux surfaces d'un séparateur par l'intermédiaire d'une feuille de graphite souple, (2) ce séparateur qui a été prolongé au-delà de l'électrode et (3) cette tubulure qui comprend une plaque carbonée compacte et
imperméable aux gaz et est pourvue d'un passage d'écou-
lement pour l'introduction du gaz réactif et est réunie
à cette partie prolongée du séparateur par l'intermé-
diaire de la feuille de graphite souple, tous les matériaux composites étant mis sous forme d'un seul
corps carboné.
2. Substrat d'électrode pourvu d'une tubulure pour une pile à combustible suivant la revendication 1, dans lequel l'électrode carbonée et poreuse a une densité en vrac de 0,3 à 0,9 g/ml, une perméabilité aux gaz d'au moins 200 ml/cm2.heure.mmAq et une résistance électrique ne dépassant pas 200 mn.cm après avoir été calciné à une température d'au moins 1000'C sous une
pression réduite et/ou dans une atmosphère inerte.
3. Substrat d'électrode pourvu d'une tubulure pour une pile à combustible suivant la revendication 1, dans lequel ce séparateur a une densité en vrac d'au moins 1,40 g/ml, une perméabilité aux gaz ne dépassant
-6 2
pas 106 ml/cm2.heure.mmAq, une résistance électrique ne dépassant pas 10 mO.cm et une épaisseur ne dépassant pas
2 mm.
4. Substrat d'électrode pourvu d'une tubulure pour une pile à combustible suivant la revendication 1, dans lequel cette tubulure a une densité en vrac d'au moins 1,40 g/ml et une perméabilité aux gaz ne dépassant
-35 pas 104 ml/cm2.heure.mmAq.
pas 10 ml/cm.heure.mmAq.
5. Procédé de production d'un substrat d'élec-
trode pourvu d'une tubulure pour une pile à combustible, lequel procédé comprend: (1) la réunion avec un adhésif de deux feuilles de graphite souple aux deux surfaces de la matière du séparateur, (2) l'application de cet adhésif sur chacune des surfaces de jonction de deux matières d'électrode carbonées et poreuses qui ont une surface inférieure à celle du séparateur et ont été pourvues de canaux d'écoulement pour le gaz réactif, ces feuilles de graphite souple et la matière de la tubulure comprenant une plaque carbonée compacte et imperméable aux gaz respectivement, (3) la jonction de ces deux matières d'électrode aux
deux surfaces de la matière du séparateur par l'in-
termédiaire de la feuille de graphite souple et la jonction de la matière de la tubulure à la partie de la matière du séparateur se prolongeant audelà de la matière de l'électrode, par l'intermédiaire de la feuille de graphite souple, (4) la calcination de tous les matériaux composites ainsi réunis les uns aux autres sous une pression réduite et/ou dans une atmosphère inerte et de plus (5) la fabrication de trou(s), qui devient (deviennent) un (des) passage(s) d'écoulement pour l'introduction du
gaz réactif lors d'une étape quelconque du procédé,.
6. Procédé suivant la revendication 5, dans lequel l'adhésif est appliqué sur chacune des surfaces de jonction de la matière d'électrode choisi dans le groupe comprenant: (1) une matière moulée préparée par moulage thermique sous pression en un seul corps d'un mélange de fibres de
carbone courtes, d'un liant et d'une substance granu-
laire organique, (2) une matière calcinée préparée par calcination de la matière moulée du point (1) ci-dessus sous une pression réduite et/ou dans une atmosphère inerte, (3) une matière moulée comprenant (a) la partie de diffusion gazeuse comprenant une feuille de papier imprégnée de résine préparée par imprégnation des
feuilles de papier obtenues selon une méthode de pape-
terie à partir de fibres de carbone courtes, d'au moins une sorte de fibres organiques choisies parmi une pulpe, des fibres de cellulose régénérées et des fibres de polyacrylonitrile et d'un liant pour papeterie, avec une solution d'une résine phénolique et (b) la nervure formée à partir du mélange du point (1) ci-dessus et (4) une matière calcinée préparée par calcination de la matière moulée du point (3) cidessus sous une pression
réduite et/ou dans une atmosphère inerte.
7. Procédé suivant la revendication 5, dans lequel les feuilles de graphite souple sont réunies à la matière du séparateur comprenant une plaque de carbone
compacte qui présente un taux de retrait à la calcina-
tion ne dépassant pas 0,2 % lorsque la matière du séparateur est calcinée à 2000'C sous une pression
réduite et/ou dans une atmosphère inerte.
8. Procédé suivant la revendication 5, dans lequel la matière de la tubulure comprenant une matière carbonée compacte qui présente un taux de retrait à la calcination ne dépassant pas 0,2 % lorsque la matière de la tubulure est calcinée à 2000'C sous une pression réduite et/ou dans une atmosphère inerte, est réunie à
la partie prolongée de cette matière du séparateur.
9. Procédé suivant la revendication 5, dans lequel les feuilles de graphite souple produites par la compression de particules de graphite expansé, sont
réunies aux deux surfaces de ia matière du séparateur.
10. Procédé suivant la revendication 9, dans lequel les feuilles de graphite souple produites par compression des particules de graphite expansé obtenues par soumission des particules de graphite dont le diamètre ne dépasse pas 5 mm à un traitement par un acide puis à un chauffage des particules de graphite ainsi traitées à l'acide, ayant une épaisseur ne dépassant pas 1 mm, une densité en vrac de 1,0 à 1,5 g/ml, un taux d'effort de compression ne dépassant pas 0,35 x 10-2 cm2/kgf (0, 35.10- 7 m2/N) et une flexibilité telle qu'elles ne sont pas brisées lorsqu'elles sont pliées selon un rayon de courbure de 20 mm, sont réunies
aux deux surfaces de la matière du séparateur.
11. Procédé suivant la revendication 5, dans lequel l'adhésif comprenant une résine thermodurcissable choisie dans le groupe consistant en résine phénolique, résine époxy et résine de type furanne, est appliqué sur chacune des surfaces de jonction de la matière de l'électrode, des feuilles de graphite et de la matière
de la tubulure.
12. Procédé suivant la revendication 5, dans lequel cette jonction est effectuée dans les conditions d'une température de 100 à 180C, d'une pression de jonction de 1,5 à 50 kgf/cm2G (1,5 à 50.105 N/m2), la
pression étant maintenue pendant 1 à 120 minutes.
13. Procédé suivant la revendication 5, dans lequel tous ces matériaux composites ainsi réunis sont calcinés à une température d'au moins 800 C sous une
pression réduite et/ou dans une atmosphère inerte.
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