FR2589282A1 - Substrat d'electrode pourvu de joints peripheriques pour une pile a combustible et procede pour le produire - Google Patents
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Abstract
ON DECRIT UN SUBSTRAT D'ELECTRODE POURVU DE JOINTS PERIPHERIQUES POUR UNE PILE A COMBUSTIBLE, COMPRENANT DEUX ELECTRODES 1 ET 1 CARBONEES ET POREUSES POURVUES RESPECTIVEMENT DE CANAUX D'ECOULEMENT 5 ET 5 POUR LE GAZ REACTIF, CES ELECTRODES ETANT REUNIES AUX DEUX SURFACES D'UN SEPARATEUR 2 PAR L'INTERMEDIAIRE D'UNE FEUILLE DE GRAPHITE SOUPLE DE TELLE FACON QUE LES CANAUX D'ECOULEMENT SE TROUVANT DANS L'UNE DES ELECTRODES SONT PERPENDICULAIRES A CEUX QUI SE TROUVENT DANS L'AUTRE ELECTRODE ET CE SEPARATEUR AYANT LA PARTIE PROLONGEE QUI S'ETEND AU-DELA D'UN COTE DE CETTE ELECTRODE QUI EST PARALLELE AUX CANAUX D'ECOULEMENT SE TROUVANT DANS CELLE-CI ET UN JOINT PERIPHERIQUE 3 ET 3 SUR CHAQUE COTE DE L'ELECTRODE PARALLELE AUX CANAUX D'ECOULEMENT SE TROUVANT DANS CELLE-CI, QUI COMPREND UNE MATIERE CARBONEE COMPACTE ET IMPERMEABLE AUX GAZ, CE JOINT PERIPHERIQUE ETANT REUNI A LA PARTIE PROLONGEE DU SEPARATEUR PAR L'INTERMEDIAIRE D'UNE FEUILLE DE GRAPHITE SOUPLE, L'ENSEMBLE DES MATERIAUX COMPOSITES ETANT MIS SOUS FORME D'UN SEUL CORPS DE CARBONE PAR CALCINATION DE CEUX-CI SOUS UNE PRESSION REDUITE ETOU DANS UNE ATMOSPHERE INERTE, ET UN PROCEDE POUR PRODUIRE LE SUBSTRAT D'ELECTRODE POUR UNE PILE A COMBUSTIBLE.
Description
Substrat d'électrode pourvu de joints périphériques pour
une pile à combustible et procédé pour le produire.
La présente invention est relative de façon géné-
rale à un substrat d'électrode pour une pile à combustible du type à acide phosphorique, et de façon plus détaillée, elle est relative à un substrat d'électrode pourvu de joints périphériques pour une pile à combustible, compre- nant
deux électrodes carbonées et poreuses respective-
ment pourvues de canaux d'écoulement pour le gaz réactif,
ces électrodes étant réunies aux deux surfaces d'un sépa-
rateur par l'intermédiaire d'une feuille de graphite souple de telle façon que les canaux d'écoulement compris dans l'une des électrodes soientperpendiculaires à ceux qui se trouvent dans l'autre électrode, et ce séparateur ayant une partie prolongée qui s'étend au-delà d'un côté de cette électrode qui est parallèle aux canaux d'écoulement dans celle-ci et un joint périphérique sur chaque côté de cette électrode parallèle aux canaux d'écoulement se trouvant dans celle-ci, qui comprend une matière carbonée compacte et imperméable aux gaz, ce joint périphérique étant réuni
à la partie prolongée du sarateur par l'intermédiaire.
d'une feuille de graphite's'*ple, l'ensemble des matériaux composites étant mis sous forme d'un seul corps de carbone par calcination de ceuxci sous une pression réduite et/ou dans une atmosphère
inerte, et à un procédé pour produire le substrat d'élec-
trode. En général, les substrats comme l'électrode dans la pile à combustible d'un type à acide phosphorique sont empilés de telle sorte qu'une surface est en contact avec la matrice d'acide phosphorique et que l'autre surface est en contact avec le séparateur. De plus, afin de fabriquer une pile à combustible par empilage des substrats d'élec-
trode, un matériau formant un joint d'étanchéité est dispo-
sé sur le bord de ceux-ci pour empêcher la fuite du gaz réactif du côté du substrat d'électrode de la pile vers l'extérieur. Dans dans une telle pile à combustible, la
jonction entre les matériaux composites de la pile à com-
bustible a été réalisée jusqu'à maintenant à l'aide d'un ciment au carbone. Comme le ciment au carbone est érodé
par l'acide phosphorique, cela peut provoquer une exfolia-
tion des matériaux composites et une fuite du gaz réactif
à travers les parties jointives.
De plus, comme le substrat d'électrode a généra-
lement la forme d'une plaque mince, on s'est heurté à un problème du point de vue de la résistance mécanique, à savoir le substrat d'électrode est brisé au cours de la
manipulation, en particulier dans le cas o l'aire super-
ficielle du substrat d'électrode est suffisamment impor-
tante. A la suite des études menées par la demanderesse pour mettre au point un procédé de production d'un substrat d'électrode pour une pile à combustible qui n'a pas les défauts mentionnés plus haut, on a constaté que le substrat d'électrode pourvu de joints périphériques sur le côté de l'électrode parallèle aux canaux d'écoulement qui s'y trouvent, dans lequel le séparateur, l'électrode et les joints périphériques ont été réunis par l'intermédiaire d'une ou de plusieurs feuilles de graphite souple et ont
été calcinés en un seul corps de carbone, est particuliè-
rement excellentdu point de vue de la résistance à l'acide g589282
phosphorique et en même temps, comme les joints périphéri-
ques ont été disposes régulièrement sur la partie périphé-
rique du substrat et réunis à celle-ci, tout en maintenant
le séparateur sur ses deux faces selon des directions per-
pendiculaires et qu'ils sont calcinés en un seul corps de carbone, il y a un effet de renforcement et que le substrat d'électrode ayant la construction mentionnée plus haut présente une excellente propriété à la manipulation et à partir de ces constatations, la demanderesse a mis au
point la présente invention.
Le premier aspect de la présente invention est de
fournir un substrat d'électrode pourvu de joints périphé-
riques pour une pile à combustible, dans lequel les joints
périphériques pour le gaz réactif ont été réunis au sépara-
teur et mis sous forme d'un seul corps de carbone.
Le deuxième aspect de la présente invention est de fournir un substrat d'électrode ayant une excellente
résistance à l'acide phosphorique.
Les autres aspects et les avantages de la présente invention seront évidents pour les spécialistes à la suite
de la description suivante.
Selon un premier mode de réalisation de la présente inven-
tion, on fournit un substrat d'électrode pourvu de joints péri-
phériques pour une pile à combustible, comprenant
deux électrodes carbonees et poreuses respective-
ment pourvues de canaux d'écoulement pour le gaz réactif,
ces électrodes étant réunies aux deux surfaces d'un sépara-
teur par l'intermédiaire d'une feuille de graphite souple de telle façon que les canaux d'écoulement qui se trouvent dans une des électrodes sont perpendiculaires à ceux qui se trouvent dans l'autre électrode et ce séparateur ayant une partie prolongée qui s'étend au-delà d'un côté de cette électrode qui est parallèle aux canaux d'écoulement se trouvant dans celle-ci et
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un joint périphérique sur chaque coté de cette électrode parallèle aux canaux d'écoulement qui se trouvent dans celle-ci, qui comprend une matière carbonée compacte et imperméable aux gaz, ce joint périphérique étant réuni à la partie prolongée du séparateur par l'intermédiaire d'une feuille de graphite souple, l'ensemble des matériaux composites étant mis sous forme d'un seul corps de carbone par calcination de ceux-ci sous une pression réduite et/ou dans une atmosphère
inerte.
Selon un deuxième mode de réalisation de la présente inven-
tion. on fournit un procédé de production d'un substrat d'élec-
trode pourvu de joints périphériques pour une pile à com-
bustible, lequel procédé comprend les étapes de: (1) assemblage de feuille(s) de graphite souple ayant les mêmes longueur et largeur que celles d'un séparateur sur
chacune des deux surfaces du séparateur au moyen d'un adhé-
sif, (2) application de cet adhésif sur chacune des surfaces de jonction de (a) deux matières d'électrode carbonées et poreuses dont l'aire superficielle de chacune est inférieure
à celle du séparateur et qui sont pourvues de canaux d'écou-
lement pour le gaz réactif, (b) la ou les feuille(s) de graphite souple ainsi réunies et (c) des matières de joint périphérique comprenant une matière carbonée compacte et imperméable aux gaz, (3) assemblage des deux matières
d'électrode sur les deux surfaces du séparateur par l'in-
termédiaire de la feuille de graphite souple de telle façon que les canaux d'écoulement pour le gaz réactif qui
se trouve dans une des matières d'électrode sont perpendi-
culaires à ceux qui se trouvent dans l'autre matière d'élec-
trode, (4) disposition d'une paire de matières de joint
périphérique en contact avec le côté de la matière d'élec-
trode qui est parallèle aux canaux d'écoulement de gaz réactif se trouvant dans celle-ci et assemblage de chaque matière de joint périphérique sur chaque partie prolongée de la matière du séparateur qui s'étend au-delà du côté de cette matière d'électrode par l'intermédiaire de cette ou de ces feuille(s) de graphite souple et (5) ensuite calcination de l'ensemble des matériaux composites sous une pression réduite et/ou dans une atmosphère inerte
pour les mettre sous forme d'un seul corps de carbone.
La figure 1 du dessin ci-joint est la vue oblique
du substrat d'électrode conforme à la présente invention.
La présente invention est relative à un substrat d'électrode pourvu de joints périphériques pour une pile à combustible comprenant
deux électrodes carbonées et poreuses respective-
ment pourvues de canaux d'écoulement pour le gaz réactif,
ces électrodes étant réunies aux deux surfaces d'un sépa-
rateur par l'intermédiaire d'une feuille de graphite souple de telle façon que les canaux d'écoulement se trouvant dans l'une des électrodes sont perpendiculaires à ceux qui se trouvent dans l'autre électrode et ce séparateur ayant une partie prolongée qui s'étend au-delà d'un côté de cette électrode, qui est parallèle aux canaux d'écoulement se trouvant dans celle-ci et un joint périphérique sur chaque côté de cette électrode parallèle aux canaux d'écoulement se trouvant dans celle-ci, qui comprend une matière carbonée compacte et imperméable aux gaz, ce joint périphérique étant réuni à la partie prolongée du séparateur par l'intermédiaire d'une feuille de graphite souple, l'ensemble des matériaux composites étant mis sous forme d'un seul corps de carbone par calcination de ceux-ci sous une pression réduite et/ou dans une atmosphère
inerte et à un procédé pour produire le substrat d'élec-
trode. Le substrat d'électrode conforme à la présente invention sera expliqué plus en détail en référence au
dessin ci-joint.
Le dessin ci-joint est une figure qui montre
la vue oblique du substrat d'électrode conforme à la pré-
sente invention. Le substrat d'électrode conforme à la présente invention a une construction comprenant les deux électrodes 1 et 1' ayant les canaux d'écoulement 5 et 5' pour un gaz réactif et les nervures 6 et 6', le-séparateur 2 qui a été disposé entre les deux électrodes 1 et 1' et les joints périphériques 3 et 3' qui sont en contact avec le côté de l'électrode, qui est parallèle aux canaux d'écoulement 5
et 5' de l'électrode mentionnée plus haut.
Le séparateur 2 a une aire superficielle supé-
rieure à celle des électrodes 1 et 1', et, comme cela est représenté dans la figure, il se prolonge au-delà du côté de l'électrode, qui est parallèle aux canaux d'écoulement ou 5' de l'une des électrodes (le bord extérieur de la partie prolongée coincide avec le bord extérieur de l'autre électrode), et les joints périphériques 3 et 3' ont été
réunis à la partie prolongée.
Des feuilles de graphite souple 4 et 4' ont été interposées entre le séparateur 2 et chacune des électrodes 1 et 1' et la partie périphérique (prolongée) du séparateur
(au-delà des électrodes 1 et 1') et chacun des joints péri-
phériques 3 et 3' ont été réunis respectivement par l'inter-
médiaire de chacune des feuilles de graphite souple 4 et 4'.
De plus, les feuilles de graphite souple 4 et 4' peuvent être interposées seulement entre le séparateur 2 et la surface du sommet des nervures 6 et 6', bien que cette
construction ne soit pas représentée dans la figure.
L'électrode est faite d'une matière carbonée et poreuse et après calcination à une température d'au moins 1000 C sous une pression réduite et/ou dans une atmosphère 2589z82 inerte, il est préférable que l'électrode présente une
densité moyenne en vrac de 0,3 à 0,9 g/cQ, une perméabi-
lité aux gaz d'au moins 200 ml/cm2.heure.mmAq et une
résistance électrique ne dépassant pas 200 mn.cm.
Il est préférable que le séparateur présente une
densité moyenne en vrac d'au moins 1,4 g/cc, une perméabi-
-6 2
lité aux gaz ne dépassant pas 10-6 ml/cm2.heure.mmAq et une résistance électrique ne dépassant pas 10 mn.cm, et l'épaisseur du séparateur ne dépasse-pas de préférence
2 mm.
Il est préférable que le joint périphérique men-
tionné ci-dessus ait une densité moyenne en vrac d'au moins 1,4 g/cc et une perméabilité aux gaz ne dépassant pas
104 ml/cm2.heure.mmAq.
Comme cela a été décrit, dans le substrat d'élec-
trode pour une pile à combustible conforme à la présente invention, tous les joints périphériques et le séparateur ont été réunis par l'intermédiaire de feuille(s) de graphite souple, et l'importance de la fuite de gaz vers l'extérieur à travers le joint périphérique comprenant ces parties ainsi réunies dépend principalement de la diffusion et n'est pas
beaucoup affectée par la pression, cependant, il est préfé-
rable que la quantité de la fuite de gaz ne dépasse pas -2 rnl/cm.heure. mnmAq lorsqu'une quantité de fuite de gaz par unité de temps par longueur périphérique de la partie jointive sous une pression différentielle de 500 mmAq est représentée par [quantité de la fuite de gaz/(longueur du
côté de la périphérie).(pression différentielle)].
Afin de produire le substrat d'électrode pourvu
des joints périphériques pour une pile à combustible con-
forme à la présente invention, la matière de l'électrode
et la matière du joint périphérique sont réunies à la ma-
tière du séparateur après interposition de la feuille de graphite souple entre celles-ci et application d'un adhésif sur chacune des surfaces de jonction de celles-ci, et l'ensemble des matériaux composites ainsi réunis est
soumis à une calcination.
Le procédé préféré de production du substrat d'électrode pourvu des joints périphériques pour une pile
à combustible conforme à la présente invention sera ex-
pliqué ci-après.
En premier lieu, les deux matières d'électrode carbonées et poreuses pourvues des canaux d'écoulement pour le gaz réactif sont disposés sur les deux surfaces
de la matière du séparateur si bien que les canaux d'écou-
lement se trouvant dans l'une des matières d'électrode sont perpendiculaires aux canaux d'écoulement se trouvant dans l'autre matière d'électrode, et les matières des électrodes et la matière du séparateur sont réunies avec un adhésif, une feuille de graphite souple étant interposée entre (1) la surface nervurée des matières d'électrode et
(2) la matière du séparateur.
De plus, une feuille de graphite souple est interposée entre (1) la partie prolongée du séparateur qui s'étend au-delà de la périphérie parallèle aux canaux d'écclement du gaz réactif dans la matière d'électrode et (2) la matière du joint périphérique devant être réunie à celle-ci et les deux matières sont assemblées au moyen
d'un adhésif.
La matière suivant peut être utilisée en tant que matière d'électrode du substrat d'électrode conforme à la présente invention: (1) Une matière préparée par moulage thermique d'un mélange de fibres de carbone courtes, d'un liant et d'une substance granulaire organique sous une pression
(se référer à USP 4 522 895 et USP 4 580 337).
En particulier, la matière préparée par moulage d'un mélange comprenant 20 à 60 %/ en poids de fibres de carbone courtes dont la longueur ne dépasse pas 2 mm, 20 à % en poids d'une résine phénolique et 20 à 50 % en poids d'une substance granulaire organique (un régulateur de micropores) à une température de moulage de 100 à 180 C, sous une pression de moulage de 2 à 100 kg/cm2G (2 à 1OO.105
N/m2) pendant 1 à 60 minutes.
(2) Une matière préparée par calcination de la matière moulée du point (1) ci-dessus à une température d'au moins 10000 C sous une pression réduite et/ou dans une
atmosphère inerte.
(3) Un corps moulé comprenant (a) une partie de diffusion gazeuse faite d'une feuille de papier imprégnée de résine obtenue par imprégnation d'une feuille de papier préparée 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 dans le
groupe comprenant une pâte à papier, des fibres de cellu-
lose régénérée, des fibres de polyacrylonitrile, etc et d'un liant de papeterie (fibres d'alcool polyvinylique, etc) avec une solution d'une résine phénolique (par exemple,
se référer à USP 3 998 689) et (b) la partie nervure prépa-
rée au moyen de la matière première décrite dans le point
(1) ci-dessus.
(4) Une matière obtenue par calcination du corps moulé décrit dans le point (3) ci-dessus à une température d'au moins 10000 C sous une pression réduite et/ou dans une
atmosphère inerte.
La matière du séparateur utilisée pour produire le substrat d'électrode conforme à la présente invention est de préférence une plaque de carbone compacte ayant un taux de retrait à la calcination ne dépassant pas 0,2 % dans le cas o elle est calcinée à 2000OC sous une pression
réduite et/ou dans une atmosphère inerte.
La feuille de graphite souple préparée par com-
pression de particules de graphite expansé et utilisée conformément à la présente invention est préparée par compression des particules de graphite expansé obtenues
en soumettant des particules de graphite dont le diamètre ne dépas-
se pas 5 nmmn, à un traitement à l'acide, puis en chauffant les particules de graphite ainsi traitées, et il est
préférable que la feuille de graphite souple ait une épais-
seur ne dépassant pas 1 mm, une densité en vrac de 1,0 à
1,5 g/cc, un taux de déformation à la compression ne dé-
-2 2 -7 2
passant pas 0,35 x 10 cm.kgf (0,35.10 m /N) (à savoir le taux de la déformation sous une charge de compression de 1 kgf/cm2 (105 N/m2)) et qu'elle ait une flexibilité telle qu'elle n'est pas brisée lorsqu'elle est pliée selon un rayon de courbure de 20 mm. Un exemple intéressant de feuille de graphite souple commercialisée est représenté
par le GRAFOIL (marque déposée) (fabriqué par U.C.C.).
L'adhésif utilisé sur les surfaces de jonction lorsque la matière de l'électrode mentionnée plus haut et la matière du joint périphérique sont réunies à la matière du séparateur par l'intermédiaire de la feuille
de graphite souple, peut être l'adhésif utilisé générale-
ment pour réunir les matières carbonées ordinaires, ce-
pendant, il est particulièrement avantageux d'utiliser à ce propos une résine thermodurcissable choisie parmi des résines phénoliques, des résines époxy et des résines de
type furanne.
Bien que l'épaisseur de la couche d'adhésif ne
soit pas particulièrement limitée, il est préférable d'ap-
pliquer uniformément l'adhésif en une épaisseur ne dépas-
sant pas 0,5 mm.
De plus, la jonction par l'adhésif mentionné
plus haut peut être effectuée dans des conditions compre-
nant une température de pression de 100 à 180 C, une pression de 1,5 à 50 kgf/cm G (1,5 à 50.10 N/m), la
pression étant maintenue pendant 1 à 120 minutes.
La matière du joint périphérique est de préférence
une matière carbonée compacte qui présente un taux de re-
trait à la calcination ne dépassant pas 0,2 % lorsqu'elle est calcinée à 2000 C sous une pression réduite et/ou dans
une atmosphère inerte.
Ensuite, les matières ainsi réunies obtenues sont post-durcies par chauffage à la température de compression pendant au moins 2 heures, puis calcinées à une température de 800 à 3000 C pendant environ 1 heure sous une pression
réduite et/ou dans une atmosphère inerte.
Comme dans le substrat d'électrode pourvu de joints périphériques pour une pile à combustible conforme à la présente invention, les joints périphériques ont été réunis au substrat en étant mis sous forme d'un seul corps, il n'est pas nécessaire évidemment de fournir un joint périphérique spécial considéré comme étant nécessaire dans la pile à combustible ordinaire pour empêcher la fuite du gaz réactif par le côté de la cellule et en même temps,
l'effet suivant est également manifesté.
A savoir, comme les électrodes, les joints péri-
phériques et le séparateur ont été réunis ensemble en un seul corps par l'intermédiaire de la ou des feuille(s) de graphite souple, le substrat d'électrode conforme à la présente invention a une excellente résistance à l'acide
phosphorique et il est particulièrement utile comme sub-
strat d'électrode pour une pile à combustible du type à acide phosphorique. De plus, comme les joints périphériques ont été régulièrement disposés sur le substrat d'électrode en forme de plaque mince et réunis à celui-ci, tout en soutenant le séparateur sur ses deux faces et selon des
directions perpendiculaires, on observe un effet de renfor-
cement dû à la structure mentionnée plus haut et il en ré-
sulte que le substrat d'électrode conforme à la présente invention est excellent en ce qui concerne la propriété de manipulation dans le cas de la production de la pile à combustible. De plus, comme dans le substrat d'électrode pourvu des joints périphériques pour une pile à combus- tible conforme à la présente invention, la feuille de graphite souple joue le rôle de matière amortissant la
dilatation et le retrait thermique de la matière de l'élec-
trode et de la matière du joint périphérique au moment du traitement thermique, il n'y a pas de risque d'exfoliation usr lessurfaces de jonction des matières premières et il
n'y a pas de risque de fissures dans le produit.
A savoir, il est possible de produire le substrat
d'électrode avec un rendement de production intéressant.
Un tel effet de la présente invention est mis en évidence lorsqu'il est comparé à celui qui est observé dans le cas
de l'utilisation du seul adhésif en particulier.
De plus, il est possible dans la présente inven-
tion de produire un produit de grande dimension, par exem-
ple, dont le côté le plus long n'est pas inférieur à envi-
ron 100 cm, sans provoquer de problème d'exfoliation, fis-
sures, etc. La présente invention est davantage expliquée enréférence aux exemples non limitatifs suivants:
(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 dénomina-
tion commerciale de RM-210) et 35 % en poids de particules d'alcool polyvinylique (fabriquées par NIHON GOSEI KAGAKU
2589.28
KOHYO Co., Ltd.'ayant un diamètre moyen de 180 microns),
on a introduit le mélange dans un moule métallique pres-
crit et on l'a moulé en une matière d'électrode nervurée de 600 mm de long, 720 mm de large et 1,5 mm d'épaisseur dans des conditions comprenant une température de moulage de 135 C, une pression de moulage de 35 kgf/cm2G (35.105
N/m2), la pression étant maintenue pendant 20 minutes.
L'épaisseur de la nervure et l'épaisseur de la partie de diffusion gazeuse du produit était de 1,O mm et de 0,5 mm
respectivement.
(2) Matière du séparateur.
Une plaque carbonée compacte (fabriquée par SHOWA
DENKO Co., Ltd., ayant une épaisseur de 0,8 mm) a été dé-
coupée en un morceau de 720 mm de longueur et de largeur,
respectivement, pour fournir la matière du séparateur.
(3) Matière du joint périphérique.
Une plaque carbonée compacte (fabriquée par TOKAI Carbon Co., Ltd. ayant une densité en vrac de 1,85 g/cc et une épaisseur de 1,5 mm) a été découpée en 4 morceaux de 60 mm de longueur sur 720 mm de largeur pour
fournir les matières des joints périphériques.
(4) Feuille de graphite souple.
Du GRAFOIL (marque déposée) (fabriqué par U.C.C., ayant une densité en vrac de 1,10 g/cc et une épaisseur de 0,13 mm) a été découpée en deux morceaux ayant les mêmes
longueur et largeur que celles de la matière du séparateur.
Après application d'un adhésif de la série des résines phénoliques sur les deux surfaces de la matière du séparateur et sur une surface de chaque feuille de GRAFOIL (marque déposée), l'adhésif ainsi appliqué a été séché et le séparateur et la feuille de graphite souple (GRAFOIL) ont été réunis dans les conditions de 135 C,
kgf/cm2G (106 N/m2) et 20 minutes.
Dans l'étape suivante, l'adhésif mentionné plus
2589 82
haut a été appliqué sur chacune des surfaces du TOKAI Carbon Co., Ltd. des matières ainsi réunies et l'adhésif ainsi appliqué a été séché. De la même façon, l'adhésif mentionné plus haut a été appliqué sur la surface du sommet des nervures de la matière de l'électrode et la surface de jonction de la matière du joint périphérique
et l'adhésif ainsi appliqué a été séché.
Ensuite, chacune des matières ainsi traitées
a été introduite dans un moule pour former une configura-
tion prédéterminée. A savoir, chacune des deux matières d'électrode est disposée sur chacune des deux surfaces de la matière du séparateur de telle façon que les canaux
d'écoulement se trouvant dans l'une des matières d'élec-
trode sont perpendiculaires aux canaux d'écoulement se trouvant dans l'autre matière d'électrode et chaque matière de joint périphérique mentionnée plus haut est disposée en
face de la partie prolongée du séparateur, qui s'étend au-
delà de la périphérie de la matière de l'électrode paral-
lèle aux canaux d'écoulement qui se trouvent dans celle-ci.
Et les matières ainsi introduites sont assemblées dans les conditions de 135 C, 10 kgf/cm2G (106 N/m2) et 20 minutes, puis calcinées à 2000 C dans une atmosphère d'azote pour
fournir un substrat d'électrode pourvu des joints périphé-
riques pour une pile à combustible, qui a été mis sous forme
d'un seul corps de carbone.
Claims (15)
1. Substrat d'électrode pourvu de joints périphé-
riques pour une pile à combustible, comprenant
deux électrodes carbonées et poreuses respective-
ment pourvues de canaux d'écoulement pour le gaz réactif,
ces électrodes étant réunies aux deux surfaces d'un sépa-
rateur par l'intermédiaire d'une feuille de graphite souple de telle façon que les canaux d'écoulement se trouvant dans l'une des électrodes sont perpendiculaires à ceux qui se trouvent dans l'autre électrode et ce séparateur ayant la partie prolongée qui s'étend au-delà d'un côté de cette électrode qui est parailèle aux canaux d'écoulement se trouvant dans cette électrode et un joint périphérique sur chaque côté de cette électrode parallèle aux canaux d'écoulement se trouvant dans celle-ci, qui comprend une matière carbonée compacte et imperméable aux gaz, ce joint périphérique étant réuni à la partie prolongée du séparateur par l'intermédiaire d'une feuille de graphite souple, l'ensemble des matériaux composites étant mis sous forme d'un seul corps de carbone par calcination de ceux-ci sous une pression réduite et/ou dans une atmosphère inerte.
2. Substrat d'électrode pourvu de joints périphé-
riques pour une pile à combustible suivant la revendication
1, dans lequel l'électrode carbonée et poreuse a une den-
sité en vrac de 0,3 à 0,9 g/cc, une perméabilité aux gaz
d'au moins 200 ml/cm2.heure.mmAq et une résistance élec-
trique ne dépassant pas 200 mn.cm.
3. Substrat d'électrode pourvu de joints périphé-
riques pour une pile à combustible suivant la revendication 1, dans lequel le séparateur a une densité en vrac d'au moins 1,4 g/cc, une perméabilité aux gaz ne dépassant pas
-6 m/cm2.heure.mmAq, une rsistance ectrique ne dpas-
ml/cm.heure.mmAq, une résistance électrique ne dépas-
sant pas 10 mn.cm et une épaisseur ne dépassant pas 2 mm.
4. Substrat d'électrode pourvu de joints périphé-
riques pour une pile à combustible suivant la revendication 1, dans lequel le joint périphérique a une densité en vrac d'au moins 1,4 g/cc et une perméabilité aux gaz ne dépas-
-4 2
sant pas 10 ml/cm.heure.mmAq.
5. Substrat d'électrode pourvu de joints périphé-
riques pour une pile à combustible suivant la revendication 1, dans lequel la feuille de graphite souple a été produite
par compression de particules de graphite expansé.
6. Substrat d'électrode pourvu de joints périphé-
riques pour une pile- combustible suivant la revendication , dans lequel la feuille de graphite souple a été produite par compression de particules de graphite expansé obtenues en soumettant des particules de graphite dont le diamètre ne dépasse pas 5 mm, à un traitement à l'acide, puis en chauffant les particules de graphite ainsi traitées à l'acide, et elle a une épaisseur ne dépassant pas 1 mm, une densité en vrac de 1,0 à 1,5 g/cc, un taux de déformation à la compression ne -dépassant pas 0,35 x 102 cm2/kgf (0,35.107
m2/N) et une flexibilité telle qu'elle est pas brisée lors-
qu'elle est pliée selon un rayon de courbure de 20 mm.
7. Procédé de production d'un substrat d'électrode pourvu de joints périphériques pour une pile à combustible, lequel procédé comprend les étapes de: (1) assemblage de la ou des feuille(s) de graphite souple
ayant les mêmes longueurs et largeurs que celles d'un sépa-
rateur sur chacune des deux surfaces du séparateur au moyen d'un adhésif, (2) application de l'adhésif sur chacune des
surfaces de jonction de (a) deux matières d'électrode car-
bonées et poreuses dont l'aire superficielle de chacune est inférieure à celle du séparateur et qui ont été pourvues de canaux d'écoulement pour le gaz réactif, (b) la ou les feuille(s) de graphite souple ainsi réunies et (c) des matières de joints périphériques comprenant une matière carbonée compacte et imperméable aux gaz, (3) assemblage des deux matières d'électrode sur les deux surfaces du séparateur par l'intermédiaire de la feuille de graphite souple de telle façon que les canaux d'écoulement pour le gaz réactif se trouvant dans l'une des matières d'électrode sont perpendiculaires à ceux qui se trouvent dans l'autre matière d'électrode, (4) disposition d'une paire de ces
matières de joints périphériques en contact avec la péri-
phérie de cette matière d'électrode qui est parallèle aux canaux d'écoulement du gaz réactif se trouvant dans celle-ci et assemblage de chaque matière de joint périphérique sur chaque partie prolongée de la matière du séparateur, qui
s'étend au-delà de la périphérie de cette matière d'élec-
trode, par l'intermédiaire de cette ou de ces feuille(s) de graphite souple et (5) ensuite calcination de l'ensemble des matériaux composites sous une pression réduite et/ou dans une atmosphère inerte pour les mettre sous forme d'un
seul corps de carbone.
8. Procédé suivant la revendication 7 comprenant l'assemblage des matières d'électrode carbonées et poreuses choisies dans le groupe consistant en: (1) une matière moulée préparée par moulage thermique d'un mélange de fibres de carbone courtes, d'un liant et d'une substance granulaire organique sous une pression, (2) une matière calcinée obtenue 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) une partie nervure formée à partir du mé-
lange du point (1) ci-dessus et (b) une partie de diffusion gazeuse faite de feuilles de papier imprégné de résine obtenues par imprégnation des feuilles de papier préparées selon une méthode de papeterie à partir d'un mélange de fibres de carbone, d'au moins une sorte de fibres organiques
choisies parmi des pulpes, des fibres de cellulose régéné-
rée et des fibres de polyacrylonitrile et d'un liant de papeterie, avec une solution d'une résine phénolique et (4) une matière calcinée obtenue par calcination de la matière moulée du point (3) mentionné ci-dessus sous une
pression réduite et/ou dans une atmosphère inerte.
9. Procédé suivant la revendication 7 comprenant l'assemblage de cette feuille de graphite souple sur les
deux surfaces de la matière du séparateur qui est une ma-
tière carbonée compacte présentant un taux de retrait à la
calcination ne dépassant pas 0,2 % dans le cas o ce sépa-
rateur a été calciné à 2000 C sous une pression réduite
et/ou dans une atmosphère inerte.
10. Procédé suivant la revendication 7 comprenant l'assemblage de la matière de joint périphérique qui est une matière carbonée compacte présentant un taux de retrait à la calcination ne dépassant pas 0,2 % dans le cas o cette matière de joint est calcinée à 2000"C sous une pression réduite et/ou dans une atmosphère inerte, sur la partie de cette matière du séparateur qui se prolonge
au-delà de la matière de l'électrode.
11. Procédé suivant la revendication 7 comprenant l'assemblage de la feuille de graphite souple préparée par compression de particules de graphite expansé, sur les deux
surfaces de la matière du séparateur.
12. Procédé suivant la revendication 11 comprenant l'assemblage de la feuille de graphite souple, qui a été préparée par compression de particules de graphite expansé
obtenues par soumission à un traitement à l'acide de parti-
cules de graphite dont le diamètre ne dépasse pas 5 mm, puis chauffage des particules de graphite ainsi traitées à l'acide, et a une épaisseur ne dépassant pas 1 mm, une densité en vrac de' 1,0 à 1,5 g/cc, un taux de déformation à la compression ne dépassant pas 0,35 x 10 2 cm2/kgf (0,35. 10 7 m2/N) et une flexibilité telle qu'elle n'est pas brisée lorsqu'elle est pliée selon un rayon de courbure de
mm, sur les deux surfaces de la matière du séparateur.
13. Procédé suivant la revendication 7 comprenant l'application de l'adhésif qui est une résine thermodurcis- sable choisie parmi des résines phénoliques, des résines époxy et des résines de type furanne, sur chacune des surfaces de jonction de la matière de l'électrode, de la
feuille de graphite souple et de la matière de joint péri-
phérique.
14. Procédé suivant la revendication 7, dans le-
quel la jonction est effectuée dans les conditions compre-
nant une température de pression de 100 à 180 C, une pres-
2 5 2
sion de 1,5 à 50 kgf/cm2G (1,5 à 50.10 N/m2) la pression
étant maintenue pendant 1 à 120 minutes.
15. Procédé suivant la revendication 7 dans le-
quel l'ensemble des matériaux composites est calciné à une température d'au moins 800 C sous une pression réduite
et/ou dans une atmosphère inerte.
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