WO2002052666A1 - Pile a combustible pour l'alimentation d'appareils electroniques, notamment portables - Google Patents

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WO2002052666A1
WO2002052666A1 PCT/FR2001/004092 FR0104092W WO02052666A1 WO 2002052666 A1 WO2002052666 A1 WO 2002052666A1 FR 0104092 W FR0104092 W FR 0104092W WO 02052666 A1 WO02052666 A1 WO 02052666A1
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hydrogen
fuel cell
anode
support
cathode
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PCT/FR2001/004092
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Didier Bloch
Gilles Delapierre
Thierry Priem
Didier Marsacq
Jean-Yves Laurent
Corinne Gauthier
Christian Perut
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Commissariat A L'energie Atomique
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • Fuel cell for powering electronic devices especially portable
  • the invention is in the field of autonomous electrical energy supply devices. It relates to such a device, consumable, for portable electronic devices, for example cell phone or the like, or equipment with electronic memory or the like.
  • a consumable device for supplying electrical energy intended for a portable electronic device and comprising a fuel cell comprising an electrolyte disposed between an anode and a cathode, means for storing hydrogen, means for supplying hydrogen stored towards the anode, means for capturing the ambient air and for supplying the captured air in contact with the cathode, means for controlling the release of hydrogen and for neutralizing the excess water produced by the battery.
  • An objective targeted by the designers of portable electronic devices lies in the light character and small footprint of these devices, in particular to make them easily transportable and handy.
  • This objective must in particular take into account the problem posed by the means of supplying energy supply, commonly constituted by a relatively heavy and bulky rechargeable battery. It appears in fact that an increase in the autonomy of the device implies an increase in the size and weight of these means. It turns out that designers are subject to the constraint of having to find a compromise between the duration of autonomy of the device, and the space and weight reserved for the battery. It will be noted that this compromise must also take into account the duration of recharging the battery, which constitutes a constraint for the user.
  • Fuel cells are also known for the autonomous production of electrical energy. These fuel cells combine electrodes (anode and cathode) with a fuel in the form of hydrogen, which is brought into contact via an electrolyte with an oxidant in the form of oxygen. We will note a problem posed by the conditioning of the hydrogen used for these fuel cells. According to a first proposed solution, fuel cells operate by electrolysis of water to obtain the hydrogen and oxygen necessary for their operation. According to other solutions, hydrogen is produced by plasma reforming of gas or methanol.
  • EP-A-788172 and GB-A-2164637 disclose the use of a metal hydride as a hydrogen storage element. Subject of the invention
  • the general aim of the present invention is to propose a solution to the aforementioned problem of space and weight of the means for supplying electrical energy to a portable electronic device.
  • the inventive step of the present invention consisted in its generality in proposing to produce electrical energy from an on-board fuel cell, in particular to power a portable electronic device.
  • the fuel cell proposed by the present invention comprises the characteristics according to which the hydrogen is contained in at least one body of a solid material decomposable by combustion, while the oxygen is taken from the ambient air by capture means. of this air.
  • Hydrogen is released by pyrotechnic means, which cause the solid material to ignite for decomposition. It will be noted that these pyrotechnic means are associated with control means for their implementation.
  • the solid bodies are preferably in plurality and are each independently connected to a respective firing member that includes the pyrotechnic means.
  • These provisions are such that the overall quantity of hydrogen contained in the device is gradually released by a separate ignition of the different solid bodies.
  • the control means notably comprise means for addressing the firing members, which are associated with activation means. The implementation of these latter means is advantageously placed under the dependence of means for measuring the amount of energy available for the device. Energy delivery for the device occurs when a minimum threshold of available energy is detected, and / or when an operation to be performed by the device requires an energy supply.
  • the solid bodies are in plurality, these may each contain the same amount of hydrogen, or respective amounts of hydrogen. Note the advantage in the latter case of allowing the delivery of hydrogen in a quantity adapted to a specific need, according to the ignition of a determined body ordered by the addressing means advantageously placed under the dependence of the measuring means. the amount of energy available to the device.
  • the provisions of the invention allow spontaneous use of the residual water for the operation of the combustion cell of the invention, the surplus being neutralized.
  • This spontaneous operation lies in particular in keeping the electrodes and the electrolyte in a humid environment and in preserving the device from too great an increase in heat. It will also be noted that these provisions make it possible to improve the efficiency of the combustion cell of the invention.
  • the ambient air capture means are preferably means causing a circulation of the air surrounding the device, such as by suction and or discharge, through an oxygen chamber one of the walls of which is at least partially formed by the cathode.
  • the capture means are means for circulating the ambient air
  • these means of circulating the ambient air make it possible to obstruct an inappropriate rise in temperature.
  • the solid body containing hydrogen is for example housed inside at least one compartment.
  • the solid bodies are in plurality, these are housed, according to various variants, either in a respective compartment, or in a global compartment, or even if necessary in compartments housing the bodies in respective groups. depending on the amount of hydrogen they contain respectively.
  • This compartment opens onto an expansion chamber for the released hydrogen, one of the walls of which is at least partially formed by the anode.
  • the proton exchange between the anode and the cathode takes place by means of an electrolyte interposed between them.
  • the electrodes are brought into contact with conjugate connection members of the device to be supplied.
  • the device can, according to various variants, either directly dispose of the energy supplied, or be equipped with buffer means for storing the energy supplied by the fuel cell, in order to regulate its use by the device. .
  • These buffer means are in particular interposed between the fuel cell and the electronic means of the device provided for its supply. It should be understood that in the latter case, the energy storage buffer capacity of these means is low in this regard, compared with that of similar members equipping portable electronic devices of the prior art. It will be noted that these buffer energy storage means are advantageously associated with the abovementioned means for measuring the amount of energy available for the device.
  • the proposed device is a consumable device for supplying electrical energy to a portable electronic device.
  • This device is mainly constituted by a fuel cell comprising: a) at least one anode and at least one cathode, between which is interposed an electrolyte which is assigned to them in pairs, b) at least one solid body for storing a mass of hydrogen, this body being decomposable by combustion, c) means for capturing the ambient air surrounding the support, and for supplying the captured air in contact with the cathode, d) pyrotechnic means for igniting of the body, to release the hydrogen and bring it into contact with the anode, e) means for controlling the ignition of the pyrotechnic means, f) means for neutralizing the water produced by the exchange between the hydrogen and oxygen, g) means for bringing the electrodes into contact with the device's power supply circuit.
  • the portable electronic device is supplied with electrical energy in complete safety for the device and its user, from an autonomous and consumable source of energy production.
  • the solid bodies are preferably in plurality.
  • the pyrotechnic means comprise a corresponding plurality of firing members assigned to a respective body.
  • the control means comprise means for addressing the plurality of firing members associated with means for activating the latter. Note that thanks to these provisions, it is possible to advantageously place the implementation of the activation means under the dependence of means for measuring the amount of energy available for the device. Note however that this implementation can, independently or in combination, be advantageously controlled on demand by the user by means in particular of a corresponding manual control member.
  • the solid body is housed in the thickness of an interchangeable support, in particular a plane as shaped as a card.
  • an interchangeable support in particular a plane as shaped as a card.
  • This card is advantageously in the format of a current credit card (of the order of 46 cm 2 of surface for a thickness of the order of a millimeter).
  • This card is interchangeable to allow its replacement when the hydrogen reserve is used up.
  • all of the means of the device of the invention can be carried on a generally interchangeable support.
  • the means for bringing the electrodes into contact with the device's own distribution circuit are constituted by members for connecting the electrodes to the corresponding members of the device. These connection members, and where appropriate connection members of the pyrotechnic means to the control means, then emerge from the support.
  • the invention therefore also relates, according to another approach, to a hydrogen reserve for a combustion cell, comprising an interchangeable support, advantageously shaped as a card.
  • This support forms a receptacle for at least one solid body for storing a mass of hydrogen, this body being decomposable by combustion and emerging from the support, in particular with a view to allowing an expansion of the hydrogen released inside d '' an expansion chamber located inside the device to be supplied.
  • This support further comprises: a) at least one firing member assigned to the body, b) means for activating the firing member, c) easily reversible mechanical connection means to the device to be supplied. It will be noted that the assembly between the support and the device is sealed, the device or alternatively the support comprising for example sealing members for confining the support inside the hydrogen expansion chamber provided in the device.
  • the support further comprises connection members cooperating with conjugated connection members of the device to be supplied for bringing together the activation means and the control means, or even addressing, embedded on the device. It will be noted that these connection members and the abovementioned means for mechanical connection of the support to the device are advantageously combined.
  • the electrolyte is for example a polymer membrane, such as that of National (registered trademark Dupont de Nemours).
  • the electrodes for their part, are for example formed from a carbon-based material.
  • the invention also relates to a fuel cell per se.
  • hydrogen is supplied, not by electrolysis of a water reserve or from a reserve of pressurized material for example, but from decomposable solid bodies by combustion.
  • This fuel cell is therefore recognizable in its generality in that the hydrogen is stored inside at least one solid body decomposable by combustion, the fuel cell comprising pyrotechnic means for igniting the body to release the hydrogen in an expansion chamber in contact with the anode.
  • Oxygen is taken from the ambient air by means of capturing this air and supplying the captured air in contact with the cathode.
  • the fuel cell is viable in complete safety for an application to the supply of electrical energy to a portable electronic device, both because of the virtual absence of water and because of the secure storage. of the hydrogen reserve.
  • FIGS. 1 to 3 are schematic representations of devices according to respective alternative embodiments of the invention.
  • a fuel cell intended to equip a portable electronic device 2. At least one anode 12,12 'is in contact with the interior volume of a hydrogen expansion chamber 14,14' while at at least one cathode 10,10 'is in contact with the interior volume of a chamber 16,16' of air circulation, which contains oxygen. At least one 18,18 'electrolyte is interposed between each pair 10,12 and 10', 12 'of anode and cathode.
  • the hydrogen storage solids 20, 20 ′ liberate hydrogen gas by slow combustion. They can optionally be constituted by a pyrotechnic material releasing hydrogen by combustion when it is activated. It will be noted that connection members 32 relating to the pyrotechnic means 24, 26, 28 are provided for cooperating with conjugated connection members 34 of the device 2 to be supplied. It will also be noted that the device 2 incidentally includes an energy buffer reserve 36 interposed between the device 2 and the fuel cell of the invention, to regulate the energy delivered to the device in operation.
  • the cell of the invention comprises means 38, 38 ′ for capturing ambient air and for bringing this air into the oxygen chambers 16, 16 ′.
  • These means 38, 38 ′ are for example means causing natural circulation of the air inside these chambers 16, 16 ′, such as by venturi effect.
  • Filtration grids 46 make it possible to avoid the introduction of undesirable particles.
  • the surplus, not used by the device, of the water produced by the exchange between hydrogen and oxygen is absorbed by evaporation.
  • This evaporation is caused by the rise in temperature resulting from the combustion of the bodies 20, 20 ′, and from the heat given off by the electrochemical reaction.
  • the vapor is entrained outside the fuel cell by the means 38, 38 ′ for circulating the sampled ambient air. It will be noted that the resorption of water can be supplemented by absorbent means, such as 40.40 '.
  • the device comprises a sealed receiving housing for the support 22 of the solid bodies 20.
  • the sealing is for example obtained by means of seals, such as 42 or 44, which are interposed in particular between the support 22 and the device 2, as well as at the ends of the electrodes 10, 10 'and 12, 12'.
  • the support which corresponds to compartment 22, forms a receptacle for the solid bodies 20 which emerge therefrom.
  • This support 22 is in the form of a flat support shaped like a current credit card. According to the exemplary embodiments of the support 22 illustrated in these figures, it has a volume of the order of 3.5 to 4 cm 3 .
  • Such a support taking into account the inert packaging and sectoring materials, makes it possible to accommodate a quantity of solid hydrogen storage material of the order of 0.4 grams. This results in a potential quantity of releasable hydrogen of the order of 0.052 grams, making it possible to deliver 0.53 Wh of electrical energy.
  • Such a delivery corresponds, for a cell phone for example, to a duration of use of approximately two hours of conversation under nominal operating conditions.
  • a selective membrane 51 is associated with the anode 12, 12 ′, and is made up of a material making it possible to isolate the solid bodies 20, 20 ′ of hydrogen storage from humidity, while allowing the passage of I ⁇ 2 .

Abstract

La pile à combustible (2) est du genre comprenant une anode (12) et une cathode (10), entre lesquelles est interposé un électrolyte (18). Des corps solides (20) de stockage d'une masse d'hydrogène, décomposables par combustion, sont associés à des moyens pyrotechniques (24, 26) pour libérer l'hydrogène et le mettre en contact avec l'anode (12). Des moyens (38) prélèvent l'air ambiant pour l'amener en contact avec la cathode (10). La mise à feu des moyens pyrotechniques (24, 26) est placée sous la dépendance de moyens d'adressage (28) embarqués par l'appareil (2). Le surplus d'eau produite par l'échange entre l'hydrogène et l'oxygène est résorbée par l'élévation de température induite par la combustion des corps (20). Les corps solides (20) sont supportés par une carte (22) interchangeable.

Description

Pile à combustible pour l'alimentation d'appareils électroniques, notamment portables
Domaine technique de l'invention
L'invention est du domaine des dispositifs autonomes de fourniture d'énergie électrique. Elle a pour objet un tel dispositif, consommable, pour appareils électroniques portables, par exemple téléphone cellulaire ou analogue, ou encore équipement à mémoire électronique ou analogue.
Elle concerne plus particulièrement un dispositif consommable de fourniture d'énergie électrique, destiné à un appareil électronique portable et comportant une pile à combustible comprenant un electrolyte disposé entre une anode et une cathode, des moyens de stockage d'hydrogène, des moyens d'amenée de l'hydrogène stocké vers l'anode, des moyens de captage de l'air ambiant et d'amenée de l'air capté en contact avec la cathode, des moyens de contrôle de la libération de l'hydrogène et des pour neutraliser le surplus d'eau produit par la pile.
Etat de la technique
Un objectif visé par les concepteurs des appareils électroniques portables, réside dans le caractère léger et de faible encombrement de ces appareils, afin notamment de les rendre facilement transportables et maniables. Cet objectif doit notamment prendre en compte la problématique posée par les moyens de fourniture d'alimentation en énergie, couramment constitués par une batterie rechargeable relativement lourde et volumineuse. Il apparaît en effet qu'un accroissement de la durée d'autonomie de l'appareil implique un accroissement de l'encombrement et du poids de ces moyens. Il en ressort que les concepteurs sont soumis à la contrainte d'avoir à trouver un compromis entre la durée d'autonomie de l'appareil, et l'espace et le poids réservés à la batterie. On notera que ce compromis doit aussi prendre en compte la durée de rechargement de la batterie, qui constitue une contrainte pour l'utilisateur. Les concepteurs de l'art antérieur tendent donc à porter leurs efforts sur des batteries, telles qu'au Lithium, offrant une autonomie la plus longue possible pour un encombrement et un poids réduits. On notera toutefois que le chargement de ces batteries reste long, et implique l'utilisation d'un accessoire amovible, ou chargeur ; cet accessoire impose une contrainte supplémentaire, puisqu'il doit être maintenu à portée de main de l'utilisateur, faute de ne pouvoir recharger la batterie.
Selon une autre approche du problème à résoudre, il a été proposé d'équiper les appareils électroniques portables de moyens consommables de fourniture en énergie, tels que des piles. Toutefois, cette solution présente l'inconvénient d'impliquer des coûts prohibitifs de fonctionnement de l'appareil électronique. De plus, le caractère jetable de ces moyens, qui comportent des matériaux toxiques, implique aussi des coûts de traitement de déchets inopportun.
On connaît par ailleurs des piles à combustible pour la production autonome d'énergie électrique. Ces piles à combustible associent des électrodes (anode et cathode) avec un combustible sous forme d'hydrogène, qui est mis en relation par l'intermédiaire d'un electrolyte avec un comburant sous forme d'oxygène. On relèvera un problème posé par le conditionnement de l'hydrogène utilisé pour ces piles à combustible. Selon une première solution proposée, les piles à combustibles fonctionnent par électrolyse de l'eau pour obtenir l'hydrogène et l'oxygène nécessaires à leur fonctionnement. Selon d'autres solutions, l'hydrogène est produit par réformage plasma de gaz ou de méthanol. Il en ressort que ces piles à combustible sont difficilement transposables pour l'alimentation en énergie d'appareils électroniques portables, sur lesquels elles doivent être embarquées, en raison soit d'une mise en relation délicate entre la réserve d'eau et l'appareil, soit d'une incompatibilité entre les moyens de production ou de stockage de l'hydrogène avec les contraintes propres aux appareils portables.
Les documents EP-A- 788172 et GB-A-2164637 divulguent l'utilisation d'un hydrure métallique comme élément de stockage de l'hydrogène. Objet de l'invention
Le but général de la présente invention est de proposer une solution au problème d'encombrement et de poids susvisé des moyens d'alimentation en énergie électrique d'un appareil électronique portable.
Ce but est atteint par un dispositif selon la revendication 1.
Au-delà de ce but général, et à partir d'une démarche inventive initiale dont relève la présente invention, celle-ci vise aussi plus spécifiquement : a) à proposer un dispositif autonome de fourniture d'énergie électrique à un appareil électronique, dont les périodes de délivrance d'énergie à l'appareil soit limitées aux périodes utiles pour celui-ci, b) à proposer des moyens consommables de fourniture d'énergie électrique à un appareil électronique, qui soit légers, de faible encombrement, et facilement traitables en tant que déchets, c) à proposer une pile à combustible dont la structure soit adaptée à son embarquement et à son utilisation par des appareils électroniques.
La démarche inventive de la présente invention a consisté dans sa généralité à proposer de produire de l'énergie électrique à partir d'une pile à combustible embarquée, pour alimenter un appareil électronique portable notamment. La pile à combustible proposée par la présente invention comporte les caractéristiques selon lesquelles l'hydrogène est contenu dans au moins un corps d'un matériau solide décomposable par combustion, tandis que l'oxygène est prélevé de l'air ambiant par des moyens de captage de cet air.
L'hydrogène est libérable par des moyens pyrotechniques, qui provoquent une inflammation du matériau solide en vue de sa décomposition. On notera que ces moyens pyrotechniques sont associés à des moyens de commande pour leur mise en œuvre.
Selon un autre aspect de l'invention, les corps solides sont préférentiellement en pluralité et sont chacun indépendamment reliés à un organe respectif de mise à feu que comprennent les moyens pyrotechniques. Ces dispositions sont telles que la quantité globale d'hydrogène contenu dans le dispositif, est libérée progressivement par une mise à feu distincte des différents corps solides. Selon cet aspect de l'invention, les moyens de commande comprennent notamment des moyens d'adressage des organes de mise à feu, qui sont associés à des moyens d'activation. La mise en œuvre de ces derniers moyens est avantageusement placée sous la dépendance de moyens de mesure de la quantité d'énergie disponible pour l'appareil. La délivrance d'énergie pour l'appareil intervient lorsqu'un seuil minimal d'énergie disponible est détecté, et/ou lorsqu'une opération à accomplir par l'appareil nécessite un apport d'énergie.
On notera que dans le cas préféré où les corps solides sont en pluralité, ceux- ci peuvent contenir chacun une même quantité d'hydrogène, ou des quantités d'hydrogène respectives. On notera l'avantage dans ce dernier cas de permettre une délivrance d'hydrogène en quantité adaptée à un besoin ponctuel, selon la mise à feu d'un corps déterminé ordonné par les moyens d'adressage avantageusement placés sous la dépendance des moyens de mesure de la quantité d'énergie disponible pour l'appareil.
Le surplus en besoin de l'eau résiduelle qui est produite au cours de la réaction électrochimique entre l'hydrogène et l'oxygène, est neutralisée par des moyens de résorption. Ces moyens comprennent avantageusement les moyens pyrotechniques susvisés, en ce qu'ils provoquent une élévation de température occasionnant une évaporation de l'eau produite. On notera que ces moyens de résorption sont au besoin accessoirement complétés par des moyens d'absorption de l'eau produite, tels qu'un corps poreux ou alvéolaire.
On notera ainsi que les dispositions de l'invention autorisent une exploitation spontanée de l'eau résiduelle pour le fonctionnement de la pile à combustion de l'invention, le surplus étant neutralisé. Cette exploitation spontanée réside notamment dans un maintien en milieu humide des électrodes et de l'électrolyte et dans la préservation de l'appareil d'une augmentation de chaleur trop importante. On relèvera aussi que ces dispositions permettent d'améliorer le rendement de la pile à combustion de l'invention.
Les moyens de captage de l'air ambiant sont de préférence des moyens provoquant une circulation de l'air environnant le dispositif, tel que par aspiration et ou refoulement, à travers une chambre à oxygène dont l'une des parois est au moins partiellement formée par la cathode. Ces dispositions sont telles que la cathode est placée en contact avec l'air ambiant, et plus particulièrement avec l'oxygène qu'il contient. -
Dans le mode de réalisation où les moyens de captage sont des moyens de circulation de l'air ambiant, ceux-ci, avantageusement, constituent en outre au moins en partie les moyens de résorption d'eau susvisés, en ce qu'il provoquent un courant d'entraînement de cette eau, évaporée ou non, vers des moyens d'évacuation de l'eau hors du dispositif, et/ou accessoirement vers les moyens d'absorption susvisés. On notera aussi que ces moyens de circulation de l'air ambiant permettent de faire obstacle à une élévation de température inopportune.
Le corps solide contenant l'hydrogène est quant à lui par exemple logé à l'intérieur d'au moins un compartiment. Selon la forme préférée de réalisation dans laquelle les corps solides sont en pluralité, ceux-ci sont logés, selon diverses variantes, soit dans un compartiment respectif, soit dans un compartiment global, voire le cas échéant dans des compartiments logeant les corps par groupes respectifs selon la quantité d'hydrogène qu'ils contiennent respectivement. Ce compartiment débouche sur une chambre d'expansion de l'hydrogène libéré, dont l'une des parois est au moins partiellement formée par l'anode.
L'échange protonique entre l'anode et la cathode s'effectue par l'intermédiaire d'un electrolyte interposé entre elles. Les électrodes sont mises en relation avec des organes de connexion conjugués de l'appareil à alimenter. L'appareil peut, selon diverses variantes, soit disposer directement de l'énergie fournie, soit être équipé de moyens tampons de stockage de l'énergie fournie par la pile à combustible, en vue d'en réguler l'utilisation par l'appareil. Ces moyens tampons sont notamment interposés entre la pile à combustible et les moyens électroniques de l'appareil prévus pour son alimentation. Il doit être entendu que dans ce dernier cas, la capacité tampon de stockage d'énergie de ces moyens est en cela faible, au regard de celle des organes semblables équipant les appareils électroniques portables de l'art antérieur. On notera que ces moyens tampons de stockage d'énergie sont avantageusement associés aux moyens susvisés de mesure de la quantité d'énergie disponible pour l'appareil.
Pour revenir à une définition structurelle générale de la présente invention, le dispositif proposé est un dispositif consommable de fourniture d'énergie électrique pour un appareil électronique portable. Ce dispositif est principalement constitué par une pile à combustible comprenant : a) au moins une anode et au moins une cathode, entre lesquelles est interposé un electrolyte qui leur est affecté par couple, b) au moins un corps solide de stockage d'une masse d'hydrogène, ce corps étant décomposable par combustion, c) des moyens de captage de l'air ambiant environnant le support, et d'amenée de l'air capté en contact avec la cathode, d) des moyens pyrotechniques de mise à feu du corps, pour libérer l'hydrogène et le mettre en contact avec l'anode, e) des moyens de commande de la mise à feu des moyens pyrotechniques, f) des moyens pour neutraliser l'eau produite par l'échange entre l'hydrogène et l'oxygène, g) des moyens de mise en relation entre les électrodes et le circuit d'alimentation en énergie de l'appareil.
Il en résulte que l'appareil électronique portable est alimenté en énergie électrique en toute sécurité pour l'appareil et son utilisateur, à partir d'une source autonome et consommable de production d'énergie.
Selon un aspect important de la présente invention, les corps solides sont de préférence en pluralité. Les moyens pyrotechniques comprennent une pluralité correspondante d'organes de mise à feu affectés à un corps respectif.
Les moyens de commande comprennent des moyens d'adressage de la pluralité d'organes de mise à feu associés à des moyens d'activation de ces derniers. On notera que grâce à ces dispositions, il est envisageable de placer avantageusement la mise en œuvre des moyens d'activation sous la dépendance de moyens de mesure de la quantité d'énergie disponible pour l'appareil. On notera toutefois que cette mise en œuvre peut, indépendamment ou en combinaison, être avantageusement commandée à la demande par l'utilisateur au moyen notamment d'un organe de commande manuelle correspondant.
Selon un autre aspect de l'invention relatif à une commodité d'utilisation du dispositif, le corps solide est logé dans l'épaisseur d'un support interchangeable, notamment plan tel que conformé en carte. On relèvera toutefois que la conformation du support peut être mise à profit pour améliorer le rendement et/ou la capacité de la pile à combustible de l'invention. Cette carte est avantageusement au format d'une carte de crédit courante (de l'ordre de 46 cm2 de surface pour une épaisseur de l'ordre du millimètre). Cette carte est interchangeable pour permettre son remplacement lorsque la réserve d'hydrogène est épuisée. On comprendra que les différents organes, moyens et chambres du dispositif, à l'exception du support du corps solide, sont avantageusement embarqués à demeure sur l'appareil à alimenter. Toutefois, on notera que selon une autre variante possible, et sans déroger à la règle générale de l'invention énoncée, l'ensemble des moyens du dispositif de l'invention peuvent être embarqués sur un support globalement interchangeable. Dans ce cas, les moyens de mise en relation entre les électrodes et le circuit de distribution propre à l'appareil sont constitués par des organes de connexion des électrodes aux organes correspondants de l'appareil. Ces organes de connexion, et le cas échéant des organes de connexion des moyens pyrotechniques aux moyens de commande, émergent alors hors du support.
L'invention porte donc aussi, selon une autre approche, sur une réserve d'hydrogène pour pile à combustion, comprenant un support interchangeable, avantageusement conformé en carte. Ce support forme réceptacle d'au moins un corps solide de stockage d'une masse d'hydrogène, ce corps étant décomposable par combustion et émergeant hors du support, en vue notamment de permettre une expansion de l'hydrogène libéré à l'intérieur d'une chambre d'expansion située à l'intérieur de l'appareil à alimenter. C e support comporte en outre : a) au moins un organe de mise à feu affecté au corps, b) des moyens d'activation de l'organe de mise à feu, c) des moyens de raccordement mécanique facilement réversibles à l'appareil à alimenter. On notera que l'assemblage entre le support et l'appareil est étanche, l'appareil ou alternativement le support comportant par exemple des organes d'étanchéité pour confiner le support à l'intérieur de la chambre d'expansion de l'hydrogène ménagée dans l'appareil.
En relation avec les formes préférées de réalisation susvisées, le support comporte en outre des organes de connexion coopérant avec des organes de connexion conjugués de l'appareil à alimenter pour la mise en relation entre les moyens d'activation et des moyens de commande, voire d'adressage, embarqués sur l'appareil. On relèvera que ces organes de connexion et les moyens susvisés de raccordement mécanique du support à l'appareil sont avantageusement confondus.
On notera que l'électrolyte est par exemple une membrane polymère, tel que de Nation (marque déposée Dupont de Nemours). Les électrodes, quant à elles, sont par exemple formées à partir d'un matériau à base de carbone.
Selon une autre approche de l'invention, celle-ci porte aussi sur une pile à combustible en soi. En effet, à rencontre des habitudes prises dans ce domaine, l'hydrogène est fourni, non pas par électrolyse d'une réserve d'eau ou à partir d'une réserve de matériau sous pression par exemple, mais à partir de corps solides décomposables par combustion. Cette pile à combustible est donc reconnaissable dans sa généralité en ce que l'hydrogène est stocké à l'intérieur d'au moins un corps solide décomposable par combustion, la pile à combustible comportant des moyens pyrotechniques de mise à feu du corps pour libérer l'hydrogène dans une chambre d'expansion en contact avec l'anode. L'oxygène, quant à lui, est prélevé à partir de l'air ambiant par des moyens de captage de cet air et d'amenée de l'air capté en contact avec la cathode.
Grâce à ces dispositions, la pile à combustible est viable en toute sécurité pour une application à l'alimentation en énergie électrique d'un appareil électronique portable, tant en raison de la quasi-absence d'eau, qu'en raison du stockage sécurisé de la réserve d'hydrogène. Description sommaire des dessins
La présente invention sera mieux comprise et des détails en relevant apparaîtront, à la description qui va en être faite de formes préférées de réalisation, en relation avec les figures des planches annexées, dans lesquelles : les figures 1 à 3 sont des représentations schématiques de dispositifs selon des variantes respectives de réalisation de l'invention.
Description d'un mode de réalisation préférentiel
Sur les figures, une pile à combustible destinée à équiper un appareil électronique portable 2. Au moins une anode 12,12' est en contact avec le volume intérieur d'une chambre d'expansion d'hydrogène 14,14' tandis qu'au moins une cathode 10,10' est en contact avec le volume intérieur d'une chambre 16,16' de circulation d'air, qui contient de l'oxygène. Au moins un electrolyte 18,18' est interposé entre chaque couple 10,12 et 10', 12' d'anode et de cathode.
Une série de corps solides, tels que 20,20' de stockage d'hydrogène sont disposés dans une zone médiane formant compartiment 22. Des organes de mise à feu 24,24' sont affectés à chacun de ces corps 20,20', en vue de leur combustion sélective par des moyens d'activation 26 commandés par des moyens d'adressage 28. Ces moyens d'adressage 28, compris dans les moyens électroniques de l'appareil 2 à alimenter, sont eux mêmes placés sous la dépendance de moyens 30 de mesure de l'énergie disponible pour l'appareil.
Les corps solides 20, 20', de stockage d'hydrogène libèrent de l'hydrogène gazeux par combustion lente. Ils peuvent éventuellement être constitués par un matériau pyrotechnique libérant l'hydrogène par combustion lorsqu'il est activé. On remarquera que des organes de connexion 32 relatifs aux moyens pyrotechniques 24,26,28 sont prévus pour coopérer avec des organes de connexion conjugués 34 de l'appareil 2 à alimenter. On notera aussi que l'appareil 2 comporte accessoirement une réserve tampon d'énergie 36 interposée entre l'appareil 2 et la pile à combustible de l'invention, pour réguler l'énergie délivrée à l'appareil en fonctionnement.
Par ailleurs, la pile de l'invention comporte des moyens 38,38' de captage de l'air ambiant et d'amenée de cet air dans les chambres à oxygène 16,16'. Ces moyens 38,38' sont par exemple des moyens provoquant une circulation naturelle de l'air à l'intérieur de ces chambres 16,16', tel que par effet venturi. Des grilles de filtration 46 permettent d'éviter l'introduction de particules indésirables.
Le surplus, non utilisé par le dispositif, de l'eau produite par l'échange entre l'hydrogène et l'oxygène est résorbée par évaporation. Cette évaporation est provoquée par l'élévation de température résultant de la combustion des corps 20,20', et de la chaleur dégagée par la réaction électrochimique. La vapeur est entraînée à l'extérieur de la pile à combustible par les moyens 38,38' de circulation de l'air ambiant prélevé. On notera que la résorption de l'eau peut être complétée par des moyens absorbants, tels que 40,40'.
Sur la variante illustrée sur la fig.3, l'ensemble des moyens de la pile à combustible est supporté par un support commun amovible 4. Sur les variantes préférées illustrées sur les fig.1 et fig.2, seule la réserve d'hydrogène est supportée par un support amovible 22, le restant des moyens du dispositif de l'invention étant embarqué à demeure sur l'appareil 2.
Sur les fig.1 et fig.2, l'appareil comporte un logement de réception étanche du support 22 des corps solides 20. L'étanchéité est par exemple obtenue au moyen de joints, tels que 42 ou 44, qui sont notamment interposés entre le support 22 et l'appareil 2, ainsi qu'aux extrémités des électrodes 10,10' et 12,12'. On comprendra que le support, qui correspond au compartiment 22, forme un réceptacle pour les corps solides 20 qui en émergent. Ce support 22 se présente sous la forme d'un support plan conformé en carte de crédit courante. Selon les exemples de réalisation du support 22 illustrés sur ces figures, celui- ci est d'un volume de l'ordre de 3,5 à 4 cm3. Un tel support, compte tenu des matériaux inertes d'emballage et de sectorisation, permet de loger une quantité de matériau solide de stockage d'hydrogène de l'ordre de 0,4 grammes. Il en découle une quantité potentielle d'hydrogène libérable de l'ordre de 0,052 grammes, permettant de délivrer 0,53 Wh d'énergie électrique. Une telle délivrance correspond, pour un téléphone cellulaire par exemple, à une durée d'utilisation d'environ deux heures de conversation dans des conditions nominales de fonctionnement.
Une membrane 51 sélective est associée à l'anode 12, 12', et est constituée par une matière permettant d'isoler de l'humidité les corps solides 20, 20' de stockage d'hydrogène, tout en autorisant le passage de IΗ2.
Sur la fig.3, des organes de connexion 6,6' émergent hors du support 4, pour coopérer avec des organes de connexion analogues 8,8' équipant l'appareil 2 pour son alimentation en énergie.

Claims

Revendications
1. Dispositif consommable de fourniture d'énergie électrique, destiné à un appareil électronique portable et comportant une pile à combustible comprenant un electrolyte (18) disposé entre une anode (12) et une cathode (10), des moyens de stockage d'hydrogène, des moyens d'amenée de l'hydrogène stocké vers l'anode (12), des moyens (38) de captage de l'air ambiant et d'amenée de l'air capté en contact avec la cathode (10), des moyens de contrôle de la libération de l'hydrogène et des moyens (38, 40) pour neutraliser le surplus d'eau produit par la pile, dispositif caractérisé en ce que les moyens de stockage d'hydrogène sont constitués par au moins un corps solide (20) constitué par un matériau libérant de l'hydrogène gazeux par combustion après mise à feu par des moyens pyrotechniques (24, 26)
2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le matériau constituant le corps solide (20) est un matériau pyrotechnique.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2 comprenant une pluralité de corps solides (20), caractérisé en ce que les moyens pyrotechniques comprennent des organes (24) de mise à feu affectés à un corps (20) respectif, les moyens de commande (28,30) comprenant des moyens d'adressage (28) des organes (24) de mise à feu associés à des moyens (26) d'activation de ces derniers.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la mise en œuvre des moyens d'activation (26) est placée sous la dépendance de moyens (30) de mesure de la quantité d'énergie disponible pour l'appareil (2).
5. Dispositif selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (36) tampons de stockage de l'énergie foumie par la pile à combustible, interposés entre cette dernière et les moyens électroniques de l'appareil (2).
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (38) de captage de l'air ambiant sont des moyens de circulation de l'air à travers une chambre (16) à oxygène dont l'une des parois est au moins partiellement formée par la cathode (10) .
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps solide (20) est logé dans un compartiment (22) débouchant sur une chambre (14) d'expansion de l'hydrogène libéré, dont l'une des parois est au moins partiellement formée par l'anode.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (38,40) pour neutraliser le surplus d'eau produite par l'échange entre l'hydrogène et l'oxygène sont des moyens de résorption.
9. Dispositif selon les revendications 6 et 8, caractérisé en ce que les moyens de résorption comprennent l'un quelconque des moyens (38) de circulation de l'air ambiant et de moyens (40) d'absorption de l'eau produite.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps solide (20) est logé dans l'épaisseur d'un support interchangeable (22), les différents organes, moyens et chambres du dispositif, à l'exception du support du corps solide, étant embarqués à demeure sur l'appareil (2) à alimenter.
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'électrolyte (18) est une membrane polymère, les électrodes (10,12) étant formées à partir d'un matériau à base de carbone.
12. Pile à combustible d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, ladite pile à combustible étant associée à des électrodes (anode 12 et cathode 10), avec un combustible sous forme d'hydrogène, lequel est mis en relation par l'intermédiaire d'un electrolyte (18) avec un comburant sous forme d'oxygène, caractérisé : en ce que l'hydrogène est stocké à l'intérieur d'au moins un corps solide (20) décomposable par combustion, la pile à combustible comportant des moyens pyrotechniques (24,26) de mise à feu du corps (20) pour libérer l'hydrogène dans une chambre d'expansion (14) en contact avec l'anode (12), et en ce que l'oxygène est prélevé à partir de l'air ambiant par des moyens (38) de captage de cet air et d'amenée de l'air capté en contact avec la cathode (10).
13. Application d'une pile à combustible selon la revendication 12 à l'alimentation en énergie électrique d'un appareil électronique portable.
14. Réserve d'hydrogène pour pile à combustible selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'elle comprend un support interchangeable formant réceptacle (22) d'au moins un corps solide (20) de stockage d'une masse d'hydrogène, ce corps (20) étant décomposable par combustion et émergeant hors du support (22), pour permettre une expansion de l'hydrogène libéré à l'intérieur d'une chambre d'expansion (14) située à l'intérieur de l'appareil à alimenter, ce support comportant en outre : a) au moins un organe de mise à feu (24) affecté au corps (20), b) des moyens (26) d'activation de l'organe de mise à feu, c) des moyens (32) de raccordement mécanique facilement réversible à l'appareil (2) à alimenter .
15. Réserve d'hydrogène pour pile à combustible selon la revendication 14, caractérisée en ce que le support (22) comporte en outre des organes de connexion (32) coopérant avec des organes de connexion (34) conjugués de l'appareil (2)pour la mise en relation entre les moyens d'activation (26) des moyens de commande (30) et d'adressage (28) embarqués sur l'appareil.
16. Réserve d'hydrogène pour pile à combustible selon les revendications 14 et 15, caractérisée en ce que les organes de connexion (32) et les moyens de raccordement mécanique du support (22) à l'appareil (2) sont confondus.
17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 1 1 , caractérisé en ce qu'une membrane (51 ) sélective est associée à l'anode (12,12') et constituée par une matière permettant d'isoler de l'humidité les corps solides (20,20') de stockage d'hydrogène, tout en autorisant le passage de l'hydrogène.
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