WO2011110677A1 - Architecture d'electrolyseur a haute temperature, a production cible elevee par cellule d'electrolyse et taux de degradation des cellules limite - Google Patents

Architecture d'electrolyseur a haute temperature, a production cible elevee par cellule d'electrolyse et taux de degradation des cellules limite Download PDF

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WO2011110677A1
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interconnector
cathode
high temperature
cell
electrolysis
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Application number
PCT/EP2011/053726
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Magali Reytier
Pierre Baurens
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Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
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Definitions

  • the invention relates to a high temperature steam electrolyser (EVHT) also called high temperature electrolyser (EHT).
  • EVHT high temperature steam electrolyser
  • EHT high temperature electrolyser
  • It relates more particularly to a new architecture of an electrolyser EVHT which allows to obtain a target production per electrolysis cell, typically greater than 370gh / m 2 at 1.3V, while limiting the degradation rate of the cells.
  • the electrolysis of water vapor at high temperature is currently considered preferentially for the massive production of hydrogen.
  • the rise in temperature and the passage of water vapor make it possible to reduce the electrical energy required for electrolysis with respect to other hydrogen production processes such as low temperature alkaline electrolysis.
  • the degradation rate of the cells is primarily a function of the local maximum density of production, secondly of the temperature and, to a lesser extent, the rate of use of the water vapor (also called the conversion rate).
  • target target production per cm2 cell is greater than 370gh / m 2 at 1.3V.
  • EHT high temperature electrolyser
  • An EHT electrolyser must fulfill the following mandatory functions:
  • the elements that make up an EHT electrolyser are generally:
  • the electrolysis cells each formed of a cathode, an anode and an electrolyte interposed between the cathode and the anode and in which occurs the electrolysis reaction.
  • support electrolyte cells the thickness of the electrolyte, typically 100 ⁇ m, is greater than that of the electrodes
  • cathode support the thickness of the cathode, typically 500 ym, is greater than that of the electrolyte and the anode.
  • interconnection devices electrical and fluidic, which generally provide the power supply and collection functions and which delimit compartments for the circulation of gases,
  • FIGS. 1, 1A and 1B show a commonly used channel plate 1.
  • the supply or collection of current to the electrode is performed by the teeth or ribs 10 which are in direct mechanical contact with the electrode concerned.
  • the supply of steam to the cathode (or draining gas at the anode) is symbolized by the arrows in Figure 1.
  • the collection of hydrogen produced at the cathode (or oxygen produced at the anode) is made by the channels 11 which open into a fluid connection, commonly called clarinet, common to the stack of cells.
  • the electrochemical reaction being near the interface between electrode and electrolyte, and requiring the presence on the same place of the gas, electrons and ions involved, the areas under the teeth 10 of the collector are easy to supply electrons but difficult to fuel gas.
  • the binding parameters are the permeability of the electrode in contact, its thickness and the width of the tooth 10.
  • the zone under the channel 11 is difficult to supply with electrons, the existing electrodes to date having a low effective conductivity .
  • the binding parameters are the effective conductivity, the thickness and the width of the channel 11.
  • the ratio R between the feed / collection surface of the current and the surface of supply of water vapor or The collection of gases produced is a parameter that indicates the actual use of the cell surface.
  • the ratio R calculated as below is often less than 50%.
  • R 1 / (1+ w / L), where w is the width of the channel 11 and L the width of the tooth 10.
  • this plate structure 1 involves differentiated production areas with certain areas in which the densities of production and therefore the current densities can be very high, this for a low average density, and therefore localized performance degradation sources. This is illustrated at the local level (millimetric scale) in FIG. 1B on which we can see the very strong current lines represented which are located at the level of the ribs 10. Similarly, considering the electrode surface, the current lines are stronger upstream than downstream due to the evolution of the water content in the gas flow between the upstream and downstream channels. Likewise, this plate structure 1 implies inhomogeneities for supplying water vapor to the channels 11 and forces a strong super-feed of this water vapor (between a surplus of water corresponding to more than 100% of the water).
  • the channel structure with an inlet and an outlet has reason to be that when a draining gas is used to evacuate the oxygen produced to the outlet.
  • the conditioning of this draining gas also has a significant energy cost.
  • this plate structure requires a material thickness that is important for the collection zone of the gases produced and a shaping (machining) that can be prohibitive.
  • the use of thin sheets and stamping are used but limit the possibilities of realization for the unit width of tooth and the pitch between teeth.
  • Another interconnecting plate has already been proposed [2]. It is represented in FIG. 2 with the circulation of the fluid represented by the arrows: its structure is of the interdigitated type. It solves only partially the problem of the power supply. It does not solve the problem of the mechanical bending mentioned for the plate 1 and can cause a hydraulic tearing of the electrode with which it is in contact.
  • the general object of the invention is therefore to propose a novel architecture of high temperature electrolyser EHT which does not have all or some of the aforementioned drawbacks and which makes it possible to obtain a target production per cell, typically greater than 370 g / m 2 at 1.3V while limiting the rate of cell degradation.
  • a particular object of the invention is to achieve a uniform production density per electrolysis cell and a rate of use (or conversion rate) of high water vapor also per cell.
  • the subject of the invention is a device for electrolysis of water at high temperature, comprising:
  • At least one elementary electrolysis cell formed of a cathode, an anode and an electrolyte interposed between the cathode and the anode,
  • a first device forming an electrical and fluidic interconnector consisting of a metal part delimited by at least one plane, said metal part internally comprising a chamber and a plurality of holes distributed on the surface, substantially perpendicular to the plane and opening at the same time on this last and in the chamber, the plane of the first interconnector being in mechanical contact with the plane of the cathode.
  • a device electrolysis apparatus may comprise a single electrolysis cell with a first interconnector in contact with its cathode and a second interconnector described below in contact with its anode.
  • an interconnecting plate may comprise a first interconnector in contact with the cathode of an elementary electrolysis cell and a second interconnector in contact with the anode of the adjacent electrolysis cell.
  • the ratio between the surface of the holes and the surface of the plane is less than 50%, preferably less than 30% and more preferably at most 10%.
  • the number and / or size of the holes and / or their distribution is preferably determined so as to limit the pressure losses of fluid flowing in the cathode in contact with the plane of the first interconnector.
  • design calculations using the ANSYS FLUENT version 12 software can be carried out, like those described in the application. English entitled “Improved High Temperature Water Electrolysis System” and filed under number 1051781.
  • the plurality of holes it is possible to inject the water vapor directly into the chamber on which all the holes open or through the cathode, which has the effect, contrary to the state of the art, a limitation of the overvoltage of concentration and activation.
  • the collection by each hole of a portion of the hydrogen produced during the course of the water vapor allows for a higher and more uniform rate of water vapor utilization than with an interconnecting channel plate according to the state of the art as shown in FIG. 1. This also makes it possible, by a better homogeneity of the water vapor pressure, to obtain a more homogeneous production on the surface. of the cell.
  • the electrolysis device comprises a second device forming an electrical and fluidic interconnector consisting of a metal part delimited by at least one plane, said metal part comprising internally a chamber and a plurality of holes distributed on the surface, substantially perpendicular to the plane and opening on both the latter and in the chamber, the plane of the second interconnector being in mechanical contact with the plane of the anode.
  • any problem of mechanical bending of the cell is avoided since by producing a second interconnector at the anode similar to the first one. interconector at the cathode, the cell is held continuously on its surface between said first and second interconnector. It also avoids the problems of hydraulic tearing electrodes according to the state of the art. It is ensured that the holes of the second interconnector at the anode are uniformly distributed and optimized for the operating pressure. It is also ensured that the holes have sufficiently small sizes ( ⁇ 1 mm in diameter) and are sufficiently well distributed to not allow the detachment or local tearing of the anode.
  • draining gas is no longer used to evacuate the product oxygen with the following advantages:
  • a stack of elementary electrolysis cells each formed of a cathode, an anode and an intercalated electrolyte. between the cathode and the anode, a plate interconnector comprising a first and a second interconnector being arranged between two adjacent elementary cells, such that the plane of the first interconnector is in mechanical contact with the cathode of one of the two elementary cells and the plane of the second interconnector is in mechanical contact with the anode on the other of the two elementary cells.
  • the interconnecting plate consists of three metal plates assembled together at their periphery, the first and second plates each comprising a plurality of holes distributed over their surface, substantially perpendicular to their thickness and opening on both sides thereof planes, the third plate comprising at least one groove opening on one of the faces of the first plate facing the plurality of holes and at least one groove opening on one of the faces of the second, the space delimited between each groove and the first and second plate respectively constituting one of the two chambers.
  • a complete interconnector can be obtained between two adjacent elementary electrolysis cells of the same stack, that is to say which allows the electric supply to be electrically charged.
  • Electrode and water vapor to the cathode of a cell and the collection of hydrogen to the cathode of the cell and oxygen to the other anode of the other two cells.
  • These three plates can be made advantageously from of ferritic stainless steel sheet with 22% chromium.
  • Clamping means adapted to provide a determined contact force between two plates on either side of the stack of cells can be provided. Each cell of the stack is thus supported, avoiding any bending or punching.
  • the clamping pressure is thus more uniform with respect to clamping on pads.
  • the device comprises a first seal arranged at the periphery of the anode of a cell and in direct mechanical contact with the electrolyte of said cell and the second interconnector.
  • This first seal may be a metal seal since it relies on the electrolyte which is an electronic insulator.
  • a sealed envelope adapted to contain water vapor under pressure, the thickness at the periphery of the cathode being in direct contact with the inside of the sealed envelope,
  • a second fluidic connection connected to the chamber of the first interconnector and opening out of the sealed envelope, respectively for collecting and evacuating the hydrogen produced at the cathode
  • a third fluidic connection connected to the chamber of the second interconnector and opening outwardly of the sealed envelope, respectively for collecting and evacuating the oxygen produced at the anode.
  • the second fluidic connection advantageously comprises a channel for collecting and discharging the hydrogen produced at the cathode of a cell made in the metal part of the first interconnector by being arranged at a distance from said cell.
  • the two channels for collecting and discharging the hydrogen produced at the cathode of two adjacent elementary cells are facing each other.
  • the third fluidic connection advantageously comprises a channel for collecting and evacuating the oxygen produced at the anode of a cell made in the metal part of the second interconnector by being arranged at a distance from said cell.
  • the two channels for collecting and discharging oxygen produced at the anode of two adjacent elementary cells are advantageously opposite one another.
  • the two channels are separated from each other by a second pierced spacer, a fourth seal in direct mechanical contact with the second pierced spacer and the first interconnector of one of the two elementary cells and a fifth seal in contact.
  • a second pierced spacer mechanical direct with the second pierced spacer and the second interconnector, the height of the second pierced spacer and fourth and fifth seal in the compressed state being substantially equal to the thickness of an electrolysis cell.
  • the first, second, third, fourth and fifth seals are metallic.
  • metal seals makes it possible to overcome all the disadvantages of the pasty glass gasket used in electrolysers according to the state of the art, mainly its poor resistance to pressure and its use in gravity positions.
  • the proposed architecture can thus be considered in horizontal structure, which does not limit the number of stacked cells.
  • the mechanical force exerted on each cell is then the same and is independent of the number of cells constituting the stack.
  • a first fluidic connection connected to the chamber of the first interconnector for supplying water vapor under pressure to the cathode
  • a third fluidic connection connected to the chamber of the second interconnector and opening outwardly of the sealed envelope, respectively for collecting and evacuating the oxygen produced at the anode.
  • a particularly suitable electrolysis device according to the invention is that in which the electrolysis cell section is circular.
  • the invention also relates to a hydrogen production assembly comprising a plurality of devices described above.
  • FIG. 1 is a diagrammatic front view of an interconnecting plate of an electrolyser EHT according to the state of the art
  • FIG. 1A is a detailed sectional view of an interconnecting plate according to FIG. 1,
  • FIG. 1B is a view similar to FIG. 1A showing the current lines running through the plate
  • FIG. 2 is a diagrammatic front view of another interconnecting plate of an electrolyser according to the state of the art
  • FIG. 3 is a schematic sectional view of an electrolysis device according to the invention on the cathode side of a cell
  • FIG. 4 is a schematic sectional view of an electrolysis device according to the invention on the anode side of a cell
  • FIG. 5 is a perspective view of a device according to the invention comprising a stack of three electrolytic cells and two interconnecting plates each arranged between two adjacent electrolysis cells,
  • FIG. 6A is an exploded perspective view of the cathode side of a device according to the invention comprising an electrolysis cell and two interconnecting plates on both sides of the cell,
  • FIG. 6B is an exploded perspective view of the same device according to FIG. 6A but on the anode side,
  • FIG. 7 is an internal perspective view in transparency of a sealed envelope of an electrolysis device according to the invention.
  • the high temperature electrolysis according to the invention can be carried out at temperatures of at least 450 ° C., typically between 700 ° C. and 1000 ° C.
  • an electrolysis device comprises an elementary electrolysis cell formed of a cathode 2, an anode 4, and an electrolyte 6 interposed between the cathode and the cathode. 'anode. All the electrolytes 6 are of solid type.
  • a first device 8.0 forming an electrical interconnector and fluidic consisting of a metal part 80 delimited by at least one plane Pl.
  • the metal part 80 internally comprises a chamber 801 and a plurality of holes 800 distributed on the surface, substantially perpendicular to the plane PI and opening on both the latter PI and in the chamber 801.
  • the PI plane of the first interconnector is in mechanical contact with the cathode plane 2.
  • water vapor is directly injected for the electrolysis reaction directly over the entire portion of the cathode 2, that is to say on the thickness at the periphery of the cathode.
  • the injected water vapor (continuous line in FIG. 3) is transformed into hydrogen with the uniform supply of electric current over the entire cell surface, a part of hydrogen (dotted line in FIG. uniform by each of the holes 800.
  • water vapor utilization rate at the cathode it is understood the proportion of water vapor at the inlet of the cathode which is converted by electrolysis into hydrogen at the cathode.
  • a second device 8.1 forming an electrical and fluidic interconnector consisting of a metal part 81 delimited by at least one plane P2, said metal part comprising internally a chamber 811 and a plurality of holes 810 distributed on the surface, substantially perpendicular to the plane and opening at the same time on the latter P2 and in the chamber 811, the plane P2 of the second interconnector 8.1 being in mechanical contact with the plane of the anode 4.
  • the second interconnector 8.1 completely closes the oxygen recovery chamber produced at the anode 4. There is therefore no entry with a draining gas, which by definition avoids and compared to the state of art, leaks to this place.
  • an EHT electrolyser having the characteristics of the electrolysis device detailed above, comprises a plurality of elementary cells C1, C2, C3,... Cn stacked, of circular section and said to be cathode support.
  • the cell C1 comprises a cathode 2.1 and anode 4.1, between which is arranged a electrolyte 6.1 of a few ⁇ thickness for so-called cathode support cells.
  • Cell C2 comprises a cathode 2.2 and anode 4.2, between which an electrolyte 6.2 is disposed.
  • the cathodes 2.1, 2.2 and the anodes 4.1, 4.2 are made by screen printing of porous material and have a thickness greater than 500 ⁇ , typically of the order of mm and 40 ⁇ respectively.
  • the cathode used is preferably a composite porous electrode made by a cermet nickel and yttria zirconia.
  • the anode is preferably a composite porous electrode made of manganite of strained lanthanum and of yttriated zirconia.
  • the cathode 2.2 of the cell C2 is electrically connected to the anode 4.1 of the cell C1 by an interconnecting plate 8 arranged between these two adjacent elementary cells C1 and C2.
  • the interconnecting plate shown comprises the first 8.0 and second 8.1 interconnector according to the invention and described above.
  • each interconnecting plate 8 consists of three metal plates 80, 81, 82 assembled together at their periphery, typically by soldering or brazing.
  • the first 80 and second 81 plates each comprise a plurality of holes 800, 810 distributed on their surface, substantially perpendicular to their thickness and opening on its two flat faces.
  • the holes 800, 810 are different between the first plate 80 and the second plate 81.
  • the holes 800 in the first plate 80 that is to say the one in contact with a cathode 2.1, 2.2, 2.3 have an optimized number, size and distribution for the recovery of hydrogen so as to limit the loss of charge in the passage of the porous cathode.
  • the holes 800 are aligned at diameters regularly spaced angularly: thus, each alignment of holes 800 is spaced from an adjacent hole alignment 800 by an angle of 30 °.
  • the diameter of the holes is increasing from the outside of the plate towards its center: thus the holes 8000 near the center of the plate 80 have a diameter greater than that of the holes 8001 at the periphery.
  • the diameter of the holes 8000 is of the order of 1 mm while that of the holes 8001 is of the order of 1 mm.
  • the distribution of holes 800 is similar to a distribution of a shower head.
  • the holes 810 of the second plate 81 are all identical to each other and aligned in regularly spaced diameters: thus, each alignment of holes 810 is spaced from an alignment of holes 800 adjacent an angle of 30 °.
  • each of the plates 80, 81, 82 comprises, remotely, cells C1, C2, C3, that is to say in an area offset laterally with respect to the cell zone, two eyelets 90, 100; 91, 101; 92, 102 respectively which are diametrically opposed to each other.
  • these eyelets 90, 100; 91, 101; 92, 102 have the function of evacuating the hydrogen and oxygen produced and make it possible to avoid any Cl, C2, Cn cell piercing for these purposes.
  • the three eyelets 90, 91, 92 of plates 80, 81, 82 are facing each other or in other words vertically above one another. These three eyelets 90, 91, 92 form part of a channel (or clarinet) for collecting and discharging the hydrogen produced by a cell C1, C2, C3. More exactly, as can be seen in FIG. 6B, the chamber 801 for collecting the hydrogen produced at the cathode 2 of a cell opens via a groove 8010 in the eyelet 92 through which the hydrogen in fluid communication with the other two eyelets 90, 91 of the same connector plate 8. As can also be seen in FIG. 6B, the two hydrogen collection and evacuation channels produced at the cathode of two adjacent elementary cells C1, C2 are opposite each other.
  • each set of eyelet 90, 91, 92 in fluid communication with a hydrogen collection chamber 801 to an elementary cell is also in hydraulic communication with a hydrogen collecting chamber 801 of an adjacent elementary cell.
  • a pierced spacer 20 is provided, a metal seal 200 in mechanical contact direct with the pierced spacer 20 and with the plate 81 of one of the two elementary cells around its eyelet 91 and a metal seal 201 in direct mechanical contact with the pierced spacer 20 and with the plate 82 of the other of the two elementary cells.
  • the three eyelets 100, 101, 102 of plates 80, 81, 82 are also facing each other or in other words vertically above one another.
  • These three eyelets 100, 101, 102 constitute part of a channel (or clarinet) for collecting and discharging oxygen produced by a cell C1, C2, C3. More exactly, as can be seen in FIG. 6A, the oxygen collection chamber 811 produced at the anode 2 of a cell opens via a groove 8110 into the eyelet 102 through which the oxygen in communication fluidic with the two other eyelets 100, 101 of the same connector plate 8.
  • FIG. 6A the oxygen collection chamber 811 produced at the anode 2 of a cell opens via a groove 8110 into the eyelet 102 through which the oxygen in communication fluidic with the two other eyelets 100, 101 of the same connector plate 8.
  • FIG. 6A the oxygen collection chamber 811 produced at the anode 2 of a cell opens via a groove 8110 into the eyelet 102 through which the oxygen in communication fluidic with the two other eyelets 100, 101
  • each set of eyelet 100, 101, 102 in fluid communication with an oxygen collection chamber 811 at a elementary cell is also in hydraulic communication with an oxygen collection chamber 811 of an adjacent elementary cell.
  • a pierced spacer 21 In ensure the continuity of fluid communication while sealing between two sets of eyelet 100, 101, 102 adjacent, are arranged a pierced spacer 21, a metal seal 210 in direct mechanical contact with the pierced spacer 21 and with the plate 81 of a of the two elementary cells around its eyelet 101 and a metal seal 211 in direct mechanical contact with the pierced spacer 21 and with the plate 82 of the other of the two elementary cells.
  • the collection and recovery of hydrogen and oxygen are provided by identical elements arranged in the same manner and symmetrically, the whole ensuring collection and recovery in a very compact manner.
  • a metal gasket 22 arranged at the periphery of the anode 4 of a cell is in direct mechanical contact with the electrolyte 6 of said cell and the plate 81 through which the product oxygen is evacuated.
  • the anode seal is effectively effected with a single seal.
  • the supply of water vapor is ensured by the wafer, that is to say the thickness at the periphery of each cathode 2, 2.1, 2.2, their porosity permitting said water vapor to pass through. bring on their entire surface homogeneously.
  • the holes 800 homogeneously recover the hydrogen produced.
  • the final assembly as shown in FIGS. 5 and 7 is such that the height of the pierced spacers 20, 21 and joints 200, 201, 210, 211 in the compressed state is substantially equal to the thickness of a electrolysis cell, at the compression of the joint 22 near.
  • a gap is clear between the edge of a cathode and the assembly formed by the seals 20, 200, 201 and that constituted by the seals 21, 210, 211 to allow the supply of water vapor in this zone.
  • the evacuation of the hydrogen produced from the channels formed by the eyelets 90, 91, 92 and the pierced spacers 20 with their corresponding seals 200, 201 is provided by a pipe 5 towards the outside of the sealed envelope 19.
  • clamping means are further arranged inside the sealed envelope to provide a determined contact force between two plates on either side of the stack of cells. This gives a uniform clamping pressure over the entire surface of each cell.
  • the architecture shown can be used with a stack of horizontal cells whose number can be very important.
  • one or more layers of materials can be deposited on interconnectors or interconnecting plates.
  • the invention which has just been described makes it possible to achieve a uniform target production of at least 370 g / m 2 at 1.3 volts per electrolysis cell while limiting the rate of degradation of each cell, thanks to a density of uniform current over the entire cell surface and a high and uniform rate of water vapor utilization (conversion rate to hydrogen).
  • the invention proposes a feed of water vapor:
  • cathodes Because of operation under water vapor pressure, it is possible to envisage cathodes with a lower porosity than those usually used, which may make it possible to reduce their fragility.
  • cathodes of uniform porosity can be made by screen printing as usual or any other technique.

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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

L'invention concerne un dispositif d' électrolyse de l'eau à haute température, comprenant : au moins une cellule d' électrolyse élémentaire formée d'une cathode (2), d'une anode (4) et d'un électrolyte (6), intercalé entre la cathode et l' anode, un premier dispositif (8.0) formant un interconnecteur électrique et fluidique consistant en une pièce métallique délimitée par au moins un plan P1, ladite pièce métallique comprenant intérieurement une chambre et une pluralité de trous (800, 8000, 8001) répartis sur la surface, sensiblement perpendiculaires au plan et débouchant à la fois sur ce dernier et dans la chambre, le plan P1 du premier interconnecteur étant en contact mécanique avec le plan de la cathode (2). L'invention permet d'atteindre une densité de courant uniforme par cellule d' électrolyse et d'augmenter le taux d'utilisation en vapeur d'eau par cellule d' électrolyse.

Description

ARCHITECTURE D'ELECTROLYSEUR A HAUTE TEMPERATURE, A PRODUCTION CIBLE ELEVEE PAR CELLULE D'ELECTROLYSE ET
TAUX DE DEGRADATION DES CELLULES LIMITE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L' invention concerne électrolyseur de vapeur d'eau à haute température (EVHT) aussi appelé électrolyseur à haute température (EHT) .
Elle a trait plus particulièrement à une nouvelle architecture d'un électrolyseur EVHT qui permet d'obtenir une production cible par cellule d' électrolyse, typiquement supérieure 370gh/m2 à 1.3V, tout en limitant le taux de dégradation des cellules.
ART ANTÉRIEUR
L' électrolyse de la vapeur d'eau à haute température est actuellement envisagée préférentiellement pour la production massive d'hydrogène. La montée de la température et le passage en vapeur d'eau permettent en effet de diminuer l'énergie électrique nécessaire à 1 ' électrolyse par rapport à d'autres procédés de production d'hydrogène telle que 1 ' électrolyse alcaline à basse température.
Ce gain en énergie nécessaire est contrebalancé par les effets négatifs de l'élévation de la température» et par une durée de vie plus faible pour les électrolyseurs EHT mettant en œuvre 1 ' électrolyse à haute température (EHT) . Cette durée de vie plus faible est principalement due à la dégradation des cellules d' électrolyse composant 1 ' électrolyseur EH .
Le taux de dégradation des cellules est fonction en premier lieu de la densité maximale locale de production, en second lieu de la température et pour une moindre part du taux d'utilisation de la vapeur d'eau (aussi appelé taux de conversion) .
En ce qui concerne, la densité maximale locale de production, il a été montré par exemple que l'augmentation d'une densité de courant de 0.5 A/cm2 à 0.7 A/cm2 amène une multiplication par 2.5 du taux de dégradation [1] .
De plus, la montée à des températures élevées (>>200°C), implique l'utilisation d' électrolyte en céramique qui est intrinsèquement fragile. Cette fragilité entraîne un taux de rebut élevé à la fabrication des cellules et un risque fort de défaillance structurelle (casse) de la cellule d' électrolyse à l'assemblage et en fonctionnement. La conséquence de ce dernier point est que la taille des cellules est de fait limitée et constitue un paramètre critique majeur de la viabilité technico-économique de ce procédé.
A ce jour, la production cible visée par cm2 de cellule est supérieure à 370gh/m2 à 1.3V.
Les inventeurs ont cherché à définir un électrolyseur à haute température (EHT) dont l'architecture lui permette d'atteindre au minimum cette production tout en limitant le taux de dégradation des cellules d' électrolyse le composant. Ils ont donc fait l'inventaire des fonctions impératives que doit remplir un électrolyseur EHT, des structures des éléments qui le composent, tels qu'ils existent à ce jour et leurs inconvénients.
Un électrolyseur EHT doit remplir les fonctions impératives suivantes :
- amenée et/ou collecte du courant aux électrodes de chaque cellule d' électrolyse,
- amenée de la vapeur d'eau et collecte et évacuation des gaz issus de la réaction d' électrolyse aux électrodes de chaque cellule,
- conversion de l'énergie chimique de gaz réactifs en énergie électrique,
- étanchéité des compartiments en regard de l'anode et cathode au sein desquels les réactions ont lieu,
- alimentation/collecte des gaz cellule par cellule d' électrolyse,
- gestion thermique,
- gestion mécanique de l'empilement de cellules d' électrolyse au démarrage et lors du fonctionnement proprement dit.
Les éléments qui composent un électrolyseur EHT sont généralement :
- les cellules d' électrolyse, formées chacune d'une cathode, d'une anode et d'un électrolyte intercalé entre la cathode et l'anode et au sein desquelles se produit de la réaction d' électrolyse . Il existe les cellules dites à électrolyte support (l'épaisseur de l' électrolyte, typiquement 100 ym, est supérieure à celle des électrodes) et les cellules dites à cathode support (l'épaisseur de la cathode, typiquement 500 ym, est supérieure à celle de 1 ' électrolyte et de l'anode) . Les performances de ces dernières sont supérieures, mais leur taux de défaillance peut être plus élevé,
- les dispositifs d' interconnexion, électrique et fluidique qui assurent en général les fonctions d'amenée et collecte de courant et qui délimitent des compartiments de circulation des gaz,
- des connexions fluidiques, appelées couramment clarinettes qui permettent d' amener la vapeur d'eau, collecter et évacuer les gaz (02, H2) produits ,
- des joints d'étanchéité entre les différents éléments précités et l'extérieur de l'électrolyseur.
En ce qui concerne les dispositifs d'interconnexion, on a représenté en figures 1, 1A et 1B, une plaque à canaux 1 couramment utilisée. L'amenée ou la collecte du courant à l'électrode est réalisée par les dents ou nervures 10 qui sont en contact mécanique direct avec l'électrode concernée. L'amenée de vapeur d'eau à la cathode (ou de gaz drainant à l'anode) est symbolisée par les flèches en figure 1. La collecte de l'hydrogène produit à la cathode (ou de l'oxygène produit à l'anode) est faite par les canaux 11 qui débouchent dans une connexion fluidique, couramment appelée clarinette, commune à l'empilement de cellules.
La structure de ce type de dispositifs d' interconnexion est faite pour réaliser un compromis entre les deux fonctions d'amenée et collecte (gaz/courant) .
Les inconvénients majeurs de cette plaque à canaux peuvent être résumés comme suit.
Tout d'abord, elle ne permet pas d'utiliser la surface d'une cellule d' électrolyse de manière homogène. En effet, la réaction électrochimique se faisant prés de l'interface entre électrode et électrolyte, et nécessitant la présence sur le même lieu du gaz, des électrons et des ions impliqués, les zones sous les dents 10 du collecteur sont faciles à alimenter en électrons, mais difficiles à alimenter en gaz. Les paramètres contraignants sont la perméabilité de l'électrode en contact, son épaisseur et la largeur de la dent 10. De même, la zone sous le canal 11 est difficile à alimenter en électrons, les électrodes existantes à ce jour ayant une conductivité effective faible. Les paramètres contraignants sont la conductivité effective, l'épaisseur et la largeur du canal 11. Les inventeurs sont d'avis que le ratio R entre la surface d'amenée/collecte de courant et la surface d'amenée de vapeur d'eau ou de collecte des gaz produits est un paramètre indicateur de l'utilisation réelle de la surface de cellule. Dans le cas d'une plaque d' interconnection à canaux 1, le ratio R calculé comme ci-dessous est souvent inférieur à 50 %.
R = 1/ (1+ w/L) , où w est la largeur du canal 11 et L la largeur de la dent 10.
Ensuite, cette structure de plaque 1 implique des zones de production différenciées avec certaines zones dans lesquelles les densités de production et donc les densités de courant peuvent être très fortes, ceci pour une densité moyenne faible, et donc des sources de dégradation de performances localisées. Ceci est illustré au niveau local (échelle millimétrique) en figure 1B sur lesquelles on peut voir les lignes de courant très fortes représentées qui sont localisées au niveau des nervures 10. De même, en considérant la surface d'électrode, les lignes de courant sont plus fortes en amont qu'en aval du fait de l'évolution de la teneur en eau dans le flux de gaz entre l'amont et l'aval des canaux. De même, cette structure de plaque 1 implique des inhomogénéités d'alimentation en vapeur d'eau des canaux 11 et obligent à une forte suralimentation de cette vapeur d'eau (on entre un surplus d'eau correspondant à plus 100 % de l'eau consommée) pour obtenir une alimentation pour l'ensemble des canaux 11 stable et homogène, ce qui rend difficile l'atteinte d'un taux d'utilisation en vapeur d'eau élevé. Le conditionnement de cette vapeur et sa mise en pression ont un impact non négligeable sur la consommation d'énergie associée à l'électrolyseur.
En outre, il existe un risque mécanique de mise en flexion d'une cellule si il y a un décalage géométrique important des dents d'une plaque interconnectrice 1 du côté de l'anode et celles d'une plaque du côté de la cathode, où s'il existe des défauts de planéité des dents pouvant poinçonner la cellule et la fissurer. Pour éviter ce risque, il faut une très grande précision dans le montage relatif des plaques de part et d'autre de la cellule et une très grande qualité de réalisation des dents.
Par ailleurs, du coté de l'anode, la structure par canaux avec une entrée et une sortie n'a de raison d'être que lorsqu'un gaz drainant est utilisé pour évacuer l'oxygène produit vers la sortie. Le conditionnement de ce gaz drainant a lui aussi un coût énergétique significatif.
Enfin, cette structure de plaques nécessite une épaisseur de matière importante pour la zone de collection des gaz produits et une mise en forme (usinage) qui peuvent se révéler prohibitives. L'emploi de tôles minces et de l'emboutissage sont utilisées mais limitent de fait les possibilités de réalisation pour la largeur unitaire de dent et le pas entre dents.
Aussi, les inventeurs considèrent qu'avec une telle plaque interconnectrice à canaux 1, la réduction de 1 ' inhomogénéité des courants amenés à chaque cellule ne peut qu'être limitée.
Une autre plaque interconnectrice l' a déjà été proposée [2] . Elle est représentée en figure 2 avec la circulation du fluide représentée par les flèches: sa structure est de type interdigitée . Elle ne résout que partiellement le problème de l'alimentation électrique. Elle ne résout pas le problème de la flexion mécanique évoqué pour la plaque 1 et peut engendrer un arrachement hydraulique de l'électrode avec laquelle elle est en contact.
En ce qui concerne les connexions fluidiques (clarinettes), elles sont usuellement réalisées en partie au sein même des cellules et des plaques interconnectrices : elles sont en effet percées d'ouvertures par lesquelles la vapeur d'eau est amenée et les gaz produits (H2, 02) évacués. Cela présente plusieurs inconvénients :
- perte de matières coûteuses,
- usinage difficile à réaliser,
- en cas de fuite sur ces entrées/sorties, la fuite est alors en pleine zone de production de l'hydrogène et de l'oxygène. Toute combustion (flamme) est alors bien alimentée par ces deux gaz présents de part et d'autre, et va créer des points chauds. Cela conduit irrémédiablement à des ruptures de la cellule.
La conséquence immédiate est une baisse de rendement par perte d'une partie de la production. Cela peut malheureusement conduire à terme à la destruction complète de l'empilement de cellules.
En ce qui concerne les étanchéités, elles sont classiquement réalisées par des joints de verre «pâteux» car ils présentent essentiellement deux avantages: une bonne isolation électronique et une bonne étanchéité sans serrage mécanique requis. Les inconvénients majeurs de ces joints d' étanchéité en verre pâteux sont par contre :
- difficulté de combler l'épaisseur d'une cellule à cathode support (poreux d'épaisseur importante) en garantissant une étanchéité et son maintien dans le temps entre les deux compartiments anodique et cathodique,
- nécessité d'usinage de gorge pour recevoir le verre, - impossibilité d'avoir une conception de 1 ' électrolyseur EHT dite « au plafond » car cela impose une conception verticale pour maintenir le joint dans sa gorge,
- du fait de l'impossibilité d'une conception de 1 ' électrolyseur EHT au plafond, compression différenciée avec une compression plus importante des cellules en bas de l'empilement due au poids de celui-ci, ce qui limite le nombre de cellules empilées,
- nécessité d'une excursion en température au delà de la température de fonctionnement pour réaliser le joint; cette excursion est néfaste pour les matériaux métalliques et implique donc une plus grande dégradation,
- difficulté de conserver une étanchéité sous un différentiel de pression élevé (>100 mbar) ,
- difficulté de maintenir un taux de fuite faible en cas de variations de température de fonctionnement (rupture thermomécanique du film de verre) ,
- émission de vapeurs de S1O2 polluantes pour les électrodes.
Le but général de l'invention est donc de proposer une nouvelle architecture d' électrolyseur à haute température EHT qui ne présente pas tout ou partie des inconvénients précités et qui permette d'obtenir une production cible par cellule, typiquement supérieure à 370gh/m2 à 1.3V tout en limitant le taux de dégradation de cellules. Un but particulier de l'invention est d'atteindre une densité uniforme de production par cellule d' électrolyse et un taux d'utilisation (ou taux de conversion) de vapeur d'eau élevé également par cellule.
EXPOSÉ DE L' INVENTION
Pour ce faire, l'invention a pour objet un dispositif d' électrolyse de l'eau à haute température, comprenant :
- au moins une cellule d' électrolyse élémentaire formée d'une cathode, d'une anode et d'un électrolyte intercalé entre la cathode et l'anode,
- un premier dispositif formant un interconnecteur électrique et fluidique consistant en une pièce métallique délimitée par au moins un plan, ladite pièce métallique comprenant intérieurement une chambre et une pluralité de trous répartis sur la surface, sensiblement perpendiculaires au plan et débouchant à la fois sur ce dernier et dans la chambre, le plan du premier interconnecteur étant en contact mécanique avec le plan de la cathode.
Dans le cadre de l'invention, toutes formes de trous variées peuvent être envisagées : trous à section circulaire, trous oblongs, trous sous la forme de fentes allongées....
Dans le cadre de l'invention, on entend par interconnecteur fluidique et électrique, un système de connexion d'amenée ou de collecte de courant et d'amenée et de collecte d'un fluide à une électrode d'une cellule d' électrolyse . Ainsi, un dispositif d' électrolyse selon l'invention peut comprendre une seule cellule d' électrolyse avec un premier interconnecteur en contact avec sa cathode et un deuxième interconnecteur décrit ci-dessous en contact avec son anode. De même, comme décrit par la suite, dans un empilement de cellules d' électrolyse selon l'invention, une plaque interconnectrice peut comprendre un premier interconnecteur en contact avec la cathode d'une cellule d' électrolyse élémentaire et un deuxième interconnecteur en contact avec l'anode de la cellule d' électrolyse adjacente.
Avantageusement, le ratio entre la surface des trous et la surface du plan est inférieur à 50%, de préférence inférieur à 30% et de préférence encore au plus égal à 10 %. Le nombre et/ou la taille des trous et/ou leur répartition est déterminé de préférence de manière à limiter les pertes de charge de fluide circulant dans la cathode en contact avec le plan du premier interconnecteur. Pour déterminer le nombre et/ou la taille des trous et/ou leur répartition en fonction de la pression de fonctionnement, des calculs de dimensionnement à l'aide du logiciel d'ANSYS FLUENT version 12 pourront être réalisés, comme ceux décrits dans la demande française intitulée « Dispositif d' électrolyse de l'eau à haute température à fonctionnement amélioré » et déposée sous le numéro 1051781.
Ainsi, grâce à l'invention, on obtient comparativement aux architectures d' électrolyseur EHT selon l'état de l'art une densité de production uniforme par cellule d' électrolyse et un meilleur taux d'utilisation (ou de conversion) de vapeur d'eau.
En effet, grâce à la pluralité de trous débouchant sur le plan de la cathode, on permet tout d'abord à toute la surface de cellule d'avoir un comportement électrique homogène en tout point avec une résistance de contact électrique limitée entre cathode et premier interconnecteur.
De même, du fait de la pluralité des trous, on peut injecter la vapeur d'eau directement dans la chambre sur laquelle débouchent tous les trous ou au travers de la cathode, ce qui a pour effet, contrairement à l'état de l'art, une limitation de la surtension de concentration et d' activation . En outre, la collecte par chaque trou d'une partie de l'hydrogène produit au cours du trajet de la vapeur d'eau permet l'obtention d'un taux d'utilisation de la vapeur d'eau plus élevé et plus uniforme qu'avec une plaque interconnectrice à canaux selon l'état de l'art telle que représentée en figure 1. Cela permet aussi, de par une meilleure homogénéité de la pression de vapeur d'eau, d'obtenir une production plus homogène à la surface de la cellule.
Comme exposé ci-dessus, on veille à ce que les pertes de pression de fluide dans la cathode ne soient pas trop fortes et que les surfaces de trous dans le premier interconnecteur permettent à la fois une évacuation de l'hydrogène efficace et une densité de courant suffisante pour atteindre une production cible. Des calculs réalisés pour des densités de production cible visée de 370gh/m2 sous 30 bars de pression de vapeur d'eau et à 700 °C, montre qu'avec une cathode fabriquée usuellement de 1 mm d'épaisseur et de diamètre 130 mm, alimentée par l'épaisseur en périphérie de cathode, la perte de charge maximale est inférieure à 1 bar.
Enfin, par rapport aux plaques interconnectrices selon l'état de l'art, le coût matière et l'usinage d'un premier interconnecteur à la cathode selon l'invention sont minimisés.
Avantageusement, le dispositif d' électrolyse selon l'invention comprend un deuxième dispositif formant un interconnecteur électrique et fluidique consistant en une pièce métallique délimitée par au moins un plan, ladite pièce métallique comprenant intérieurement une chambre et une pluralité de trous répartis sur la surface, sensiblement perpendiculaires au plan et débouchant à la fois sur ce dernier et dans la chambre, le plan du deuxième interconnecteur étant en contact mécanique avec le plan de l'anode.
En outre, comparativement à une plaque à structure interdigitée selon l'état de l'art, telle que représentée en figure 2, on évite tout problème de flexion mécanique de la cellule puisqu'en réalisant un deuxième interconnecteur à l'anode analogue au premier interconecteur à la cathode, la cellule est maintenue de manière continue sur sa surface entre lesdits premier et deuxième interconnecteur. On évite également les problèmes d'arrachement hydraulique des électrodes selon l'état de l'art. On veille à ce que les trous du deuxième interconnecteur à l'anode sont uniformément répartis et optimisés pour la pression de fonctionnement. On veille aussi à ce que les trous aient des tailles suffisamment faibles (<1 mm de diamètre) et sont suffisamment bien répartis pour ne pas permettre le décollement ou arrachement local de l'anode.
Avec un tel interconnecteur à l'anode, comparativement à une plaque interconnectrice selon l'état de l'art, on utilise toute la surface d'anode, et on permet à toute la surface de la cellule d'avoir un comportement hydraulique homogène puisque la poussée hydraulique due à l'évacuation de l'oxygène produit sur l'anode est uniforme et limitée. Enfin, avoir une chambre de récupération d'oxygène complètement fermée permet de mieux valoriser ce dernier.
Avec 1 ' interconnecteur à l'anode selon l'invention, on n'utilise plus de gaz drainant pour évacuer l'oxygène produit avec les avantages suivants :
- l'absence de gaz drainant permet de limiter la facture énergétique du procédé d' électrolyse,
- l'absence d'entrée de gaz drainant à l'anode permet de supprimer une étanchéité et une clarinette de distribution.
Selon un mode de réalisation préféré, pour augmenter la production d'hydrogène produit et également d'oxygène produit, il est prévu un empilement de cellules d' électrolyse élémentaires formées chacune d'une cathode, d'une anode et d'un électrolyte intercalé entre la cathode et l'anode, une plaque interconnectrice comprenant un premier et un deuxième interconnecteur étant agencée entre deux cellules élémentaires adjacentes, tel que le plan du premier interconnecteur est en contact mécanique avec la cathode d'une des deux cellules élémentaires et le plan du deuxième interconnecteur est en contact mécanique avec l'anode de l'autre des deux cellules élémentaires.
Selon une variante de réalisation avantageuse, la plaque interconnectrice est constituée de trois plaques métalliques assemblées entre elles à leur périphérie, la première et deuxième plaques comprenant chacune une pluralité de trous répartis sur leur surface, sensiblement perpendiculaires à leur épaisseur et débouchant sur ses deux faces planes, la troisième plaque comprenant au moins une rainure débouchant sur l'une des faces de la première plaque en regard de la pluralité de trous et au moins une rainure débouchant sur l'une des faces de la deuxième, l'espace délimité entre chaque rainure et la première et deuxième plaque respectivement constituant une des deux chambres. Autrement dit, avec seulement trois plaques assemblées entre elles à leur périphérie par soudure ou brasage on peut obtenir un interconnecteur complet entre deux cellules d' électrolyse élémentaires adjacentes d'un même empilement, c' est-dire qui permet l'amenée électrique à une électrode et de la vapeur d'eau à la cathode d'une cellule, et la collecte de l'hydrogène à la cathode de la cellule et d'oxygène à l'autre l'anode de l'autre des deux cellules. Ces trois plaques peuvent être réalisées avantageusement à partir de tôles en acier ferritique inoxydable à 22 % de chrome .
On peut prévoir des moyens de serrage adaptés pour fournir un effort de contact déterminé entre deux plaques de part et d'autre de l'empilement de cellules. On soutient ainsi chaque cellule de l'empilement en évitant toute flexion ou poinçonnement.
La pression de serrage est ainsi plus uniforme par rapport à un serrage sur des plots.
De préférence, le dispositif comprend un premier joint agencé à la périphérie de l'anode d'une cellule et en contact mécanique direct avec 1 ' électrolyte de ladite cellule et le deuxième interconnecteur. Ce premier joint peut être un joint métallique car il s'appuie sur 1 ' électrolyte qui est un isolant électronique.
En ce qui concerne l'alimentation en vapeur d'eau et la collecte de l'hydrogène produit, on peut prévoir :
- soit d'alimenter la tranche de la cathode, c'est-à-dire son épaisseur en périphérie par de la vapeur d'eau sous pression dans un environnement en contact direct et de récupérer ainsi l'hydrogène produit par chacun des trous et la chambre,
- soit d'alimenter la chambre par la vapeur d'eau sous pression et de récupérer l'hydrogène produit par la tranche de la cathode dans un environnement inerte à l'hydrogène.
Comparativement aux électrolyseurs selon l'état de l'art, ces possibilités d'alimentation en vapeur d'eau ou collecte de l'hydrogène par la tranche de la cathode selon l'invention permettent de s'affranchir d'une étanchéité délicate à réaliser sur la céramique épaisse (cermet) et d'une réalisation intégrée à l'empilement de cellules soit d'une partie d'alimentation en vapeur d'eau, soit d'une partie d'évacuation de l'hydrogène produit.
Autrement dit, il est prévu selon un mode de réalisation avantageux :
- une enveloppe étanche adaptée pour contenir de la vapeur d'eau sous pression, l'épaisseur en périphérie de la cathode étant en contact direct avec l'intérieur de l'enveloppe étanche,
- une première connexion fluidique débouchant à l'intérieur de l'enveloppe étanche pour l'alimenter en vapeur d'eau sous pression,
- une deuxième connexion fluidique, reliée à la chambre du premier interconnecteur et débouchant à l'extérieur de l'enveloppe étanche pour respectivement collecter et évacuer l'hydrogène produit à la cathode,
- une troisième connexion fluidique, reliée à la chambre du deuxième interconnecteur et débouchant à l'extérieur de l'enveloppe étanche pour respectivement collecter et évacuer l'oxygène produit à 1 ' anode .
La deuxième connexion fluidique comprend avantageusement un canal de collecte et d'évacuation de l'hydrogène produit à la cathode d'une cellule réalisé dans la pièce métallique du premier interconnecteur en étant agencé à distance de ladite cellule. Autrement dit, on peut déporter la clarinette de récupération de l'hydrogène en dehors de l'empilement de cellules dans un environnement de vapeur d'eau non réactive par rapport à l'hydrogène collecté et en légère surpression. Comparativement à un empilement de cellules d' électrolyse selon l'état de l'art, il n'est donc pas nécessaire de réaliser des découpes coûteuses et délicates des cellules pour réaliser les clarinettes .
Pour simplifier le montage, on prévoit avantageusement les deux canaux de collecte et d'évacuation de l'hydrogène produit à la cathode de deux cellules élémentaires adjacentes sont en regard 1 ' un de 1 ' autre .
De préférence, on peut prévoir que les deux canaux sont séparés l'un de l'autre par une première entretoise percée, un deuxième joint en contact mécanique direct avec la première entretoise percée et avec le premier interconnecteur d'une des deux cellules élémentaires et un troisième joint en contact mécanique direct avec la première entretoise percée et avec le deuxième interconnecteur de l'autre des deux cellules élémentaires, la hauteur de la première entretoise percée et des deuxième et troisième joint à l'état comprimé étant sensiblement égale à l'épaisseur d'une cellule d' électrolyse .
La troisième connexion fluidique comprend avantageusement un canal de collecte et d'évacuation de l'oxygène produit à l'anode d'une cellule réalisé dans la pièce métallique du deuxième interconnecteur en étant agencé à distance de ladite cellule. Autrement dit, on peut déporter la clarinette de récupération de l'oxygène en dehors de l'empilement de cellules dans un environnement de vapeur d'eau non réactive par rapport à l'oxygène collecté. Comparativement à un empilement de cellules d' électrolyse selon l'état de l'art, il n'est donc pas nécessaire de réaliser des découpes coûteuses et délicates des cellules pour réaliser les clarinettes .
Pour simplifier également le montage, on peut prévoir que les deux canaux de collecte et d'évacuation d'oxygène produit à l'anode de deux cellules élémentaires adjacentes sont avantageusement en regard l'un de l'autre.
De préférence, les deux canaux sont séparés l'un de l'autre par une deuxième entretoise percée, un quatrième joint en contact mécanique direct avec la deuxième entretoise percée et le premier interconnecteur d'une des deux cellules élémentaires et un cinquième joint en contact mécanique direct avec la deuxième entretoise percée et le deuxième interconnecteur, la hauteur de la deuxième entretoise percée et des quatrième et cinquième joint à l'état comprimé étant sensiblement égale à l'épaisseur d'une cellule d' électrolyse .
De préférence, les premier, deuxième, troisième, quatrième et cinquième joints d'étanchéité sont métalliques.
L'utilisation de joints métalliques permet de s'affranchir de l'ensemble des inconvénients du joint en verre pâteux utilisés dans des électrolyseurs selon l'état de l'art, principalement sa mauvaise tenue à la pression et son utilisation dans des positionnements gravitaires. L'architecture proposée peut être ainsi envisagée en structure horizontale, ce qui ne limite pas le nombre de cellules empilées.
L'effort mécanique exercé sur chaque cellule est alors le même et est indépendant du nombre de cellules constituant l'empilement.
Alternativement, selon un autre mode de réalisation il peut être prévu :
- une enveloppe étanche dont l'intérieur est en contact direct avec l'épaisseur en périphérie de la cathode,
- une première connexion fluidique reliée à la chambre du premier interconnecteur pour alimenter en vapeur d'eau sous pression la cathode,
- une deuxième connexion fluidique, débouchant à l'intérieur de l'enveloppe étanche pour évacuer l'hydrogène produit à la cathode,
- une troisième connexion fluidique, reliée à la chambre du deuxième interconnecteur et débouchant à l'extérieur de l'enveloppe étanche pour respectivement collecter et évacuer l'oxygène produit à 1 ' anode .
Un dispositif d' électrolyse selon l'invention particulièrement adapté est celui dans lequel la section de cellule d' électrolyse est circulaire .
L' invention concerne également un ensemble de production d'hydrogène comprenant une pluralité de dispositifs décrits précédemment. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée faite ci-dessous en référence aux figures parmi lesquelles :
- la figure 1 est une vue schématique de face d'une plaque interconnectrice d'un électrolyseur EHT selon l'état de l'art,
- la figure 1A est une vue de détail en coupe d'une plaque interconnectrice selon la figure 1,
- la figure 1B est une vue analogue à la figure 1A montrant les lignes de courant parcourant la plaque,
- la figure 2 est une vue schématique de face d'une autre plaque interconnectrice d'un électrolyseur selon l'état de l'art,
- la figure 3 est une vue schématique en coupe d'un dispositif d' électrolyse selon l'invention du côté de la cathode d'une cellule,
- la figure 4 est une vue schématique en coupe d'un dispositif d' électrolyse selon l'invention du côté de l'anode d'une cellule,
- la figure 5 est une vue en perspective d'un dispositif selon l'invention comprenant un empilement de trois cellules d' électrolyse et deux plaques interconnectrices agencée chacune entre deux cellules d' électrolyse adjacentes,
- la figure 6A est une vue en perspective éclatée du côté de la cathode d'un dispositif selon l'invention comprenant une cellule d' électrolyse et deux plaques interconnectrices de part et d' autre de la cellule,
- la figure 6B est une vue en perspective éclatée du même dispositif selon la figure 6A mais du côté anode,
- la figure 7 est une vue en perspective interne en transparence d'une enveloppe étanche d'un dispositif d' électrolyse selon l'invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Les plaques interconnectrices 1, l' d' électrolyseurs EHT selon l'état de l'art et représentées en figures 1, 1A, 1B et 2 ont été commentées en détail en préambule. Elles ne sont donc pas décrites ci-après.
Les symboles et les flèches de parcours de vapeur d'eau, hydrogène et d'oxygène sont montrés dans l'ensemble des figures à des fins de clarté.
L' électrolyse à haute température selon l'invention peut être réalisée à des températures d'au moins 450°C, typiquement comprises entre 700°C et 1000°C.
Tel que représenté en figures 3 et 4, un dispositif d' électrolyse selon l'invention comprend une cellule d' électrolyse élémentaire formée d'une cathode 2, d'une anode 4, et d'un électrolyte 6 intercalé entre la cathode et l'anode. Tous les électrolytes 6 sont de type solide.
Selon l'invention, il est prévu un premier dispositif 8.0 formant un interconnecteur électrique et fluidique consistant en une pièce métallique 80 délimitée par au moins un plan Pl.
La pièce métallique 80 comprend intérieurement une chambre 801 et une pluralité de trous 800 répartis sur la surface, sensiblement perpendiculaires au plan PI et débouchant à la fois sur ce dernier PI et dans la chambre 801. Le plan PI du premier interconnecteur est en contact mécanique avec le plan de la cathode 2.
Tel que représenté en figure 3, on injecte directement la vapeur d'eau en vue de la réaction d' électrolyse directement sur toute la tranche de la cathode 2, c'est-à-dire sur l'épaisseur en périphérie de cathode. La vapeur d'eau injectée (trait continu sur la figure 3) est transformée en hydrogène avec l'amenée uniforme de courant électrique sur toute la surface de cellule, une partie d'hydrogène (trait pointillés sur la figure 3) est prélevée de manière uniforme par chacun des trous 800.
Ainsi, avec un tel dispositif d' électrolyse selon l'invention, on obtient une densité de courant uniforme et un taux élevé et uniforme d'utilisation de la vapeur d'eau sur toute la surface de cathode. Par l'expression « taux d'utilisation de vapeur d'eau à la cathode », on comprend la proportion de vapeur d'eau à l'entrée de la cathode qui est transformée par électrolyse en hydrogène à la cathode.
Avec un ratio entre surface de trous 800 et surface totale du plan PI de l'ordre de 2 %, et une électrode de section circulaire fabriquée usuellement par sérigraphie d'environ 1 mm d'épaisseur pour un diamètre de l'ordre de 130 mm alimentées en vapeur d'eau par la tranche, on obtient une perte de charge maximale inférieure à 1 bar. On peut donc envisager grâce au dispositif d' électrolyse selon l'invention, une production cible uniforme au minimum de 370 gh/m2 par cellule d' électrolyse avec une vapeur d'eau à 30 bar de pression et aux environs de 700°C.
Tel que représenté en figure 4, il est prévu un deuxième dispositif 8.1 formant un interconnecteur électrique et fluidique consistant en une pièce métallique 81 délimitée par au moins un plan P2, ladite pièce métallique comprenant intérieurement une chambre 811 et une pluralité de trous 810 répartis sur la surface, sensiblement perpendiculaires au plan et débouchant à la fois sur ce dernier P2 et dans la chambre 811, le plan P2 du deuxième interconnecteur 8.1 étant en contact mécanique avec le plan de l'anode 4.
Ici, le deuxième interconnecteur 8.1 ferme complètement la chambre de récupération de l'oxygène produit à l'anode 4. Il n'y a donc pas d'entrée avec un gaz drainant, ce qui évite par définition et comparativement à l'état de l'art, les fuites à cet endroit .
Tel que montré en figure 5, un électrolyseur EHT selon la présente invention reprenant les caractéristiques du dispositif d' électrolyse détaillé ci-dessus comporte une pluralité de cellules élémentaires Cl, C2, C3, ...Cn empilées, de section circulaire et dites à cathode support.
La cellule Cl comporte une cathode 2.1 et une anode 4.1 entre lesquelles est disposé un électrolyte 6.1 d'épaisseur de quelques μιη pour les cellules dites à cathode support.
La cellule C2 comporte une cathode 2.2 et une anode 4.2 entre lesquelles est disposé un électrolyte 6.2.
Les cathodes 2.1, 2.2 et les anodes 4.1, 4.2 sont réalisées par sérigraphie en matériau poreux et ont une épaisseur supérieure à 500 μιτι, typiquement de l'ordre du mm et 40 μιη respectivement. La cathode utilisée est de préférence une électrode poreuse composite réalisée par un cermet de nickel et de zircone yttriée.
L' anode est de préférence une électrode poreuse composite en manganite de lanthane strontiée et en zircone yttriée.
La cathode 2.2 de la cellule C2 est reliée électriquement à l'anode 4.1 de la cellule Cl par une plaque interconnectrice 8 agencée entre ces deux cellules élémentaires adjacentes Cl et C2. La plaque interconnectrice montrée comprend le premier 8.0 et deuxième 8.1 interconnecteur selon l'invention et décrits ci-dessus.
Tel que représentée aux différentes figures 5 à 7, chaque plaque interconnectrice 8 est constituée de trois plaques métalliques 80, 81, 82 assemblées entre elles à leur périphérie typiquement par soudure ou brasage.
La première 80 et deuxième 81 plaque comprennent chacune une pluralité de trous 800, 810 répartis sur leur surface, sensiblement perpendiculaires à leur épaisseur et débouchant sur ses deux faces planes. Les trous 800, 810 sont différents entre la première plaque 80 et la deuxième plaque 81.
Plus exactement, les trous 800 dans la première plaque 80, c' est-dire celle en contact avec une cathode 2.1, 2.2, 2.3 ont un nombre, une taille et une répartition optimisés pour la récupération de l'hydrogène de manière à limiter la perte de charge dans la traversée de la cathode poreuse. Ainsi, tels que montrés en figures 6A et 6B, les trous 800 sont alignés selon des diamètres régulièrement espacés angulairement : ainsi, chaque alignement de trous 800 est espacé d'un alignement de trous 800 adjacent d'un angle de 30°. Comme visible, le diamètre des trous est croissant de l'extérieur de la plaque vers son centre : ainsi les trous 8000 à proximité du centre de la plaque 80 ont un diamètre supérieur à celui des trous 8001 en périphérie. Typiquement, le diamètre des trous 8000 est de l'ordre de 1 mm tandis que celui des trous 8001 est de l'ordre de 1 mm. En quelque sorte, la distribution des trous 800 s'apparente à une distribution d'un pommeau de douche.
Les trous 810 de la deuxième plaque 81 sont quant à eux tous identiques entre eux et alignés selon des diamètres régulièrement espacés: ainsi, chaque alignement de trous 810 est espacé d'un alignement de trous 800 adjacent d'un angle de 30°.
Comme mieux visible sur les figures 6A et 6B, chacune des plaques 80, 81, 82 comprend à distance des cellules Cl, C2, C3, c'est-à-dire dans une zone déportée latéralement par rapport à la zone des cellules, deux œillets 90, 100 ; 91, 101 ; 92, 102 respectivement qui sont diamétralement opposés l'un à l'autre. Comme expliqué par la suite, ces œillets 90, 100 ; 91, 101 ; 92, 102 ont pour fonction d'évacuer l'hydrogène et l'oxygène produits et permettent d'éviter tout percement de cellule Cl, C2, Cn à ces fins .
Les trois œillets 90, 91, 92 de plaques 80, 81, 82 sont en regard l'un de l'autre ou autrement dit à l'aplomb l'un de l'autre. Ces trois œillets 90, 91, 92 constituent une partie d'un canal (ou clarinette) de collecte et d'évacuation de l'hydrogène produit par une cellule Cl, C2, C3. Plus exactement comme visible sur la figure 6B, la chambre 801 de collecte de l'hydrogène produit à la cathode 2 d'une cellule débouche par l'intermédiaire d'une gorge 8010 dans l'œillet 92 par lequel l'hydrogène en communication fluidique avec les deux autres œillets 90, 91 d'une même plaque connectrice 8. Comme visible également en figure 6B, les deux canaux de collecte et d'évacuation d'hydrogène produit à la cathode de deux cellules élémentaires adjacentes Cl, C2 sont en regard l'un de l'autre et à l'aplomb l'un de l'autre : autrement dit, chaque ensemble d'œillet 90, 91, 92 en communication fluidique avec une chambre 801 de collecte d'hydrogène à une cellule élémentaire est également en communication hydraulique avec une chambre 801 de collecte d'hydrogène d'une cellule élémentaire adjacente. Pour assurer la continuité de communication fluidique tout en assurant l'étanchéité entre deux ensembles d'œillet 90, 91, 92 adjacents, sont agencées une entretoise percée 20, un joint métallique 200 en contact mécanique direct avec l' entretoise percée 20 et avec la plaque 81 d'une des deux cellules élémentaires autour de son œillet 91 et un joint métallique 201 en contact mécanique direct avec l' entretoise percée 20 et avec la plaque 82 de l'autre des deux cellules élémentaires.
Les trois œillets 100, 101, 102 de plaques 80, 81, 82 sont également en regard l'un de l'autre ou autrement dit à l'aplomb l'un de l'autre. Ces trois œillets 100, 101, 102 constituent une partie d'un canal (ou clarinette) de collecte et d'évacuation de l'oxygène produit par une cellule Cl, C2, C3. Plus exactement comme visible sur la figure 6A, la chambre 811 de collecte de l'oxygène produit à l'anode 2 d'une cellule débouche par l'intermédiaire d'une gorge 8110 dans l'œillet 102 par lequel l'oxygène en communication fluidique avec les deux autres œillets 100, 101 d'une même plaque connectrice 8. Comme visible également en figure 6A, les deux canaux de collecte et d'évacuation d'oxygène produit à la l'anode de deux cellules élémentaires adjacentes Cl, C2 sont en regard l'un de l'autre et à l'aplomb l'un de l'autre : autrement dit, chaque ensemble d'œillet 100, 101, 102 en communication fluidique avec une chambre 811 de collecte d'oxygène à une cellule élémentaire est également en communication hydraulique avec une chambre 811 de collecte d'oxygène d'une cellule élémentaire adjacente. Pour assurer la continuité de communication fluidique tout en assurant l'étanchéité entre deux ensembles d'œillet 100, 101, 102 adjacents, sont agencées une entretoise percée 21, un joint métallique 210 en contact mécanique direct avec l' entretoise percée 21 et avec la plaque 81 d'une des deux cellules élémentaires autour de son œillet 101 et un joint métallique 211 en contact mécanique direct avec l' entretoise percée 21 et avec la plaque 82 de l'autre des deux cellules élémentaires. En somme, la collecte et récupération de l'hydrogène et celle de l'oxygène sont assurées par des éléments identiques agencés de la même manière et de manière symétrique, le tout assurant une collecte et récupération de manière très compact. Un joint métallique 22 agencé à la périphérie de l'anode 4 d'une cellule est en contact mécanique direct avec 1 ' électrolyte 6 de ladite cellule et la plaque 81 par laquelle l'oxygène produit est évacué. Ainsi, aucune entrée de fluide à l'anode n'est possible et l'étanchéité à l'anode est réalisée efficacement à l'aide d'un seul joint.
Par contre, l'alimentation en vapeur d'eau est assurée par la tranche, c'est-à-dire l'épaisseur en périphérie de chaque cathode 2, 2.1, 2.2, leur porosité laissant passer ladite vapeur d'eau pour l'amener sur toute leur surface de manière homogène. Les trous 800 récupèrent de manière homogène l'hydrogène produit.
Aucune étanchéité autour de la cathode ne doit donc être réalisée. Comme représenté en figure 7, l'alimentation en vapeur d'eau se fait depuis l'environnement interne d'une enveloppe étanche 19 qui reçoit de la vapeur d'eau sous pression depuis l'extérieur par un tuyau 3.
Le montage final tel que représenté en figures 5 et 7 est tel que la hauteur des entretoises percée 20, 21 et des joints 200, 201, 210, 211 à l'état comprimé est sensiblement égale à l'épaisseur d'une cellule d' électrolyse, à la compression du joint 22 près. En outre, un espace est dégagé entre la tranche d'une cathode et l'ensemble constitué par les joints 20, 200, 201 et celui constitué par les joints 21, 210, 211 pour permettre l'alimentation de la vapeur d'eau dans cette zone.
On veille bien sûr à dimensionner la taille des œillets et donc canaux (clarinettes) d'évacuation de l'hydrogène et l'oxygène en fonction du nombre de cellules dans un empilement.
Comme visible en figures 5 et 7, l'évacuation de l'hydrogène produit depuis les canaux formés par les œillets 90, 91, 92 et les entretoises percées 20 avec leurs joints d'étanchéité 200, 201 correspondants est assurée par un tuyau 5 vers l'extérieur de l'enveloppe étanche 19.
De même, comme visible en figures 5 et 7, l'évacuation de l'oxygène produit depuis les canaux formés par les œillets 100, 101, 102 et les entretoises percées 21 avec leurs joints d'étanchéité 210, 211 correspondants est assurée par un tuyau 7 vers l'extérieur de l'enveloppe étanche 19.
Même si non représentés, des moyens de serrage sont agencés en outre à l'intérieur de l'enveloppe étanche pour fournir un effort de contact déterminé entre deux plaques de part et d' autre de l'empilement de cellules. On obtient ainsi une pression de serrage uniforme sur toute la surface de chaque cellule. L'architecture représentée peut être utilisée avec un empilement de cellules à l'horizontal dont le nombre peut être très important.
Bien que non détaillé, il va de soi qu'une ou plusieurs couches de matériaux peuvent être déposées sur les interconnecteurs ou plaques interconnectrices .
Bien que non détaillé, il va de soi qu'un mode de réalisation avec la vapeur d'eau alimentée par les chambres 801 et donc par un tuyau 5 et une récupération de l'hydrogène produit par la tranche des cathodes 2 et par le tuyau 3 dans un environnement inerte à l'hydrogène dans l'enveloppe étanche fonctionne .
L'invention qui vient d'être décrite permet d'atteindre une production cible uniforme d'au moins 370gh/m2 à 1.3 Volt par cellule d' électrolyse tout en limitant le taux de dégradation de chaque cellule et ce grâce à une densité de courant uniforme sur toute la surface de cellule et un taux d'utilisation de la vapeur d'eau (taux de conversion en hydrogène) élevé et uniforme .
Ainsi l'invention propose une amenée de vapeur d' eau :
- soit par convection par la tranche à la périphérie et dans l'épaisseur de la cathode et alors l'hydrogène produit et la vapeur d'eau restante ressortent perpendiculairement à la cathode par les trous prévus à cet effet avec un prélèvement gradué au fur et à mesure du parcours le long de la cathode ; - soit par la chambre puis par les trous avec une récupération de l'hydrogène produit par la tranche de la cathode à sa périphérie.
En outre, l'architecture proposée selon l'invention nécessite des joints tous métalliques dont la mise en œuvre est simple.
D'autres améliorations peuvent être envisagées sans pour autant sortir du cadre de 1 ' invention .
Par exemple, on peut envisager tous types de cathodes de porosité uniforme et qui conviennent dans le cadre de l'invention.
Du fait d'un fonctionnement sous pression en vapeur d'eau, on peut envisager des cathodes à la porosité moindre par rapport à celles utilisées usuellement, ce qui peut permettre de diminuer leur fragilité .
De même, pour diminuer la fragilité des cathodes poreuses uniformes selon l'invention, on peut également envisager d'augmenter leur épaisseur.
Enfin, si les cathodes de porosité uniforme selon l'invention peuvent être réalisées par sérigraphie comme usuellement ou toute autre technique.
Par ailleurs, si, dans le mode de réalisation illustré, l'angle formé entre les lignes de trous est de l'ordre de 30°, on peut tout aussi bien envisager d'autres angles. Références citées :
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Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d' électrolyse de l'eau à haute température, comprenant :
- au moins une cellule d' électrolyse élémentaire formée d'une cathode (2), d'une anode (4), et d'un électrolyte (6) intercalé entre la cathode et 1' anode,
- un premier dispositif (8.0) formant un interconnecteur électrique et fluidique consistant en une pièce métallique (80) délimitée par au moins un plan PI, ladite pièce métallique comprenant intérieurement une chambre (801) et une pluralité de trous (800) répartis sur la surface, sensiblement perpendiculaires au plan et débouchant à la fois sur ce dernier PI et dans la chambre (801), le plan PI du premier interconnecteur étant en contact mécanique avec le plan de la cathode (2) .
2. Dispositif d' électrolyse de l'eau à haute température selon la revendication 1, dans lequel le ratio entre la surface des trous (800) et la surface du plan PI est inférieur à 50%.
3. Dispositif d' électrolyse de l'eau à haute température selon la revendication 1, dans lequel le ratio entre la surface des trous (800) et la surface du plan PI est au plus égale à 30%, de préférence inférieur à 10%.
4. Dispositif d' électrolyse de l'eau à haute température selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le nombre et/ou la taille des trous et/ou leur répartition (8000, 8001) est déterminé de manière à limiter les pertes de charge de fluide circulant dans la cathode en contact avec le plan PI du premier interconnecteur .
5. Dispositif d' électrolyse de l'eau à haute température selon l'une des revendications précédentes, comprenant un deuxième dispositif (8.1) formant un interconnecteur électrique et fluidique consistant en une pièce métallique (81) délimitée par au moins un plan P2, ladite pièce métallique comprenant intérieurement une chambre (811) et une pluralité de trous (810) répartis sur la surface, sensiblement perpendiculaires au plan et débouchant à la fois sur ce dernier P2 et dans la chambre (811), le plan P2 du deuxième interconnecteur (8.1) étant en contact mécanique avec le plan de l'anode (4) .
6. Dispositif d' électrolyse de l'eau à haute température selon la revendication 4, comprenant un empilement de cellules d' électrolyse élémentaires (Cl, C2, C3,...Cn) formées chacune d'une cathode (2.1, 2.2, 2.3, ... 2.n), d'une anode (4.1, 4.2, 4.3, ... 4.n) et d'un électrolyte (6.1, 6.2, 6.3 ... 6.n) intercalé entre la cathode et l'anode, une plaque interconnectrice (8) comprenant un premier (8.0) et un deuxième (8.1) interconnecteur étant agencée entre deux cellules élémentaires adjacentes, tel que le plan PI du premier interconnecteur est en contact mécanique avec la cathode d'une des deux cellules élémentaires et le plan P2 du deuxième interconnecteur est en contact mécanique avec l'anode de l'autre des deux cellules élémentaires.
7. Dispositif d' électrolyse de l'eau à haute température selon la revendication 6, dans lequel la plaque interconnectrice (8) est constituée de trois plaques métalliques (80, 81, 82) assemblées entre elles à leur périphérie, la première (80) et deuxième (81) plaques comprenant chacune une pluralité de trous (800 ; 810) répartis sur leur surface, sensiblement perpendiculaires à leur épaisseur et débouchant sur ses deux faces planes, la troisième plaque (82) comprenant au moins une rainure (801) débouchant sur l'une des faces de la première (80) plaque en regard de la pluralité de trous et au moins une rainure (811) débouchant sur l'une des faces de la deuxième (81), l'espace délimité entre chaque rainure (801 ; 811) et la première (80) et deuxième (81) plaque respectivement constituant une des deux chambres.
8. Dispositif d' électrolyse de l'eau à haute température selon la revendication 6 ou 7, comprenant des moyens de serrage adaptés pour fournir un effort de contact déterminé entre deux plaques de part et d'autre de l'empilement de cellules.
9. Dispositif d' électrolyse de l'eau à haute température selon l'une des revendications 5 à 8, comprenant un premier joint (22) agencé à la périphérie de l'anode d'une cellule et en contact mécanique direct avec 1 ' électrolyte de ladite cellule et le deuxième interconnecteur .
10. Dispositif d' électrolyse de l'eau à haute température selon l'une des revendications 6 à 9, comprenant en outre :
- une enveloppe étanche (19) adaptée pour contenir de la vapeur d'eau sous pression, l'épaisseur en périphérie de la cathode étant en contact direct avec l'intérieur de l'enveloppe étanche,
- une première connexion fluidique (3) débouchant à l'intérieur de l'enveloppe étanche pour l'alimenter en vapeur d'eau sous pression,
- une deuxième connexion fluidique (5, 90,
91, 92, 20, 200, 201), reliée à la chambre (801, 8010) du premier interconnecteur et débouchant à l'extérieur de l'enveloppe étanche pour respectivement collecter et évacuer l'hydrogène produit à la cathode,
- une troisième connexion fluidique (7,
100, 101, 102, 21, 210, 211), reliée à la chambre du deuxième interconnecteur et débouchant à l'extérieur de l'enveloppe étanche pour respectivement collecter et évacuer l'oxygène produit à l'anode.
11. Dispositif d' électrolyse de l'eau à haute température selon la revendication 10, dans lequel la deuxième connexion fluidique comprend un canal (90, 91, 92) de collecte et d'évacuation de l'hydrogène produit à la cathode d'une cellule réalisé dans la pièce métallique du premier interconnecteur en étant agencé à distance de ladite cellule.
12. Dispositif d' électrolyse de l'eau à haute température selon la revendication 11 en combinaison avec la revendication 6, dans lequel les deux canaux (90, 91, 92) de collecte et d'évacuation de l'hydrogène produit à la cathode de deux cellules élémentaires adjacentes sont en regard l'un de l'autre.
13. Dispositif d' électrolyse de l'eau à haute température selon la revendication 12, dans lequel les deux canaux sont séparés l'un de l'autre par une première entretoise percée (20), un deuxième joint (200) en contact mécanique direct avec la première entretoise percée et avec le premier interconnecteur d'une des deux cellules élémentaires et un troisième joint (201) en contact mécanique direct avec la première entretoise percée et avec le deuxième interconnecteur de l'autre des deux cellules élémentaires, la hauteur de la première entretoise percée et des deuxième et troisième joint à l'état comprimé étant sensiblement égale à l'épaisseur d'une cellule d' électrolyse .
14. Dispositif d' électrolyse de l'eau à haute température selon l'une des revendications 10 à 13, dans lequel la troisième connexion fluidique comprend un canal (100, 101, 102) de collecte et d'évacuation de l'oxygène produit à l'anode d'une cellule réalisé dans la pièce métallique du deuxième interconnecteur en étant agencé à distance de ladite cellule .
15. Dispositif d' électrolyse de l'eau à haute température selon la revendication 14 en combinaison avec la revendication 6, dans lequel les deux canaux de collecte et d'évacuation d'oxygène produit à l'anode de deux cellules élémentaires adjacentes sont en regard l'un de l'autre.
16. Dispositif d' électrolyse de l'eau à haute température selon la revendication 15, dans lequel les deux canaux (100, 101, 102) sont séparés l'un de l'autre par une deuxième entretoise percée (21), un quatrième joint (210) en contact mécanique direct avec la deuxième entretoise percée et le premier interconnecteur d'une des deux cellules élémentaires et un cinquième joint (211) en contact mécanique direct avec la deuxième entretoise percée et le deuxième interconnecteur, la hauteur de la deuxième entretoise percée et des quatrième et cinquième joint à l'état comprimé étant sensiblement égale à l'épaisseur d'une cellule d' électrolyse .
17. Dispositif d' électrolyse de l'eau à haute température selon les revendications 9, 13 et 16, dans lequel les premier (22), deuxième (200), troisième (201), quatrième (210) et cinquième (211) joints d'étanchéité sont métalliques.
18. Dispositif d' électrolyse de l'eau à haute température selon la revendication 6 à 9, comprenant en outre : - une enveloppe étanche dont l'intérieur est en contact direct avec l'épaisseur en périphérie de la cathode,
- une première connexion fluidique reliée à la chambre du premier interconnecteur pour alimenter en vapeur d'eau sous pression la cathode,
- une deuxième connexion fluidique, débouchant à l'intérieur de l'enveloppe étanche pour évacuer l'hydrogène produit à la cathode,
- une troisième connexion fluidique, reliée à la chambre du deuxième interconnecteur et débouchant à l'extérieur de l'enveloppe étanche pour respectivement collecter et évacuer l'oxygène produit à 1 ' anode .
19. Dispositif d' électrolyse de l'eau à haute température selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la section de cellule d' électrolyse est circulaire.
20. Ensemble de production d'hydrogène comprenant une pluralité de dispositifs selon l'une des revendications précédentes.
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