WO2015101924A1 - Electric and fluid interconnector for an hte electrolyser or sofc fuel cell - Google Patents

Electric and fluid interconnector for an hte electrolyser or sofc fuel cell Download PDF

Info

Publication number
WO2015101924A1
WO2015101924A1 PCT/IB2014/067402 IB2014067402W WO2015101924A1 WO 2015101924 A1 WO2015101924 A1 WO 2015101924A1 IB 2014067402 W IB2014067402 W IB 2014067402W WO 2015101924 A1 WO2015101924 A1 WO 2015101924A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
lights
cathode
plates
electrical
anode
Prior art date
Application number
PCT/IB2014/067402
Other languages
French (fr)
Inventor
Christian Perret
Original Assignee
Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives filed Critical Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
Publication of WO2015101924A1 publication Critical patent/WO2015101924A1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425High-temperature cells with solid electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0247Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/60Constructional parts of cells
    • C25B9/65Means for supplying current; Electrode connections; Electric inter-cell connections
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70Assemblies comprising two or more cells
    • C25B9/73Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0297Arrangements for joining electrodes, reservoir layers, heat exchange units or bipolar separators to each other
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425High-temperature cells with solid electrolytes
    • H01M8/2432Grouping of unit cells of planar configuration
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2457Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with both reactants being gaseous or vaporised
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to the field of solid oxide fuel cells (SOFC) and that of the electrolysis of high temperature water (EHT, or EVHT for electrolysis of water vapor at high temperature, or HTE acronym for High Temperature Electrolysis, or HTSE for High Temperature Steam Electrolysis) also with solid oxides (SOEC, acronym
  • the present invention relates to interconnection devices that are subjected to high temperatures and on one side to a reducing atmosphere that is rich in H20 / H2 water vapor (wet hydrogen or water-rich hydrogen) in EHT electrolysis is rich in H2 in SOFC cells, and on the other side to an oxidizing atmosphere that is rich in 02 in EHT reactors, or rich in air in SOFC cells, one of the functions of which is to ensure the passage of the electrical current in EHT electrolysis reactors.
  • a reducing atmosphere that is rich in H20 / H2 water vapor (wet hydrogen or water-rich hydrogen) in EHT electrolysis is rich in H2 in SOFC cells
  • an oxidizing atmosphere that is rich in 02 in EHT reactors, or rich in air in SOFC cells, one of the functions of which is to ensure the passage of the electrical current in EHT electrolysis reactors.
  • interconnection devices electrical and fluidic, also called interconnectors or interconnect plates, are the devices that ensure the series connection of each electrochemical cell (battery or electrolysis cell) in the stack of fuel cells and EHT reactors, thus combining the production of each one.
  • the interconnectors thus provide power supply and collection functions and define circulation compartments (supply and / or collection) of the gases.
  • the present invention aims more particularly at reducing the volume required for the interconnectors while preserving the level of operation of the electrochemical cells.
  • a SOFC fuel cell or an electrolyser EHT consists of a stack of elementary patterns (also called SRUs for "Single Repeat Unit") each comprising a solid oxide electrochemical cell, consisting of three layers superimposed on each other anode / electrolyte / cathode, and interconnect plates of metal alloys also called bipolar plates, or interconnectors.
  • the function of the interconnectors is to ensure both the passage of electric current and the circulation of gases in the vicinity of each cell (injected water vapor, hydrogen and oxygen extracted in an EHT electrolyser, injected air and hydrogen and water extracted in a SOFC stack) and to separate the anode and cathode compartments which are the gas circulation compartments on the anode side and the cathode side of the cells respectively.
  • H + ions arrive on the cathode where they combine with 02 " ions made from oxygen in the air, to form water. The transfer of H + ions and electrons to the cathode will produce an electric current continuously from hydrogen.
  • FIGS. 1, 1A and 1B show a channel plate 1 commonly used both in the EHT electrolysers and in SOFC fuel cells.
  • 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 to the anode in an EHT electrolyser, the supply of air (02) to the cathode or hydrogen to the anode in a SOFC stack is symbolized by the arrows in Figure 1.
  • the collection of hydrogen produced at the cathode or oxygen produced at the anode in an EHT electrolyser, the collection of water produced at the cathode or hydrogen surplus at the anode in an SOFC stack is made by the channels 11 which open into a fluid connection, commonly called clarinet, common to the stack of cells.
  • clarinet a fluid connection
  • Another interconnecting plate 1 has already been proposed: [1]. It is represented in FIG. 2 with the circulation of the fluid represented by the arrows: its structure is of the interdigitated type.
  • this channel plate or interdigitated structure are related to their production technique.
  • these plate structures require a large material thickness, typically 5 to 10 mm, for the collection zone of the gases produced and shaping by mass machining of the gas distribution channels.
  • a photographic representation of such a machined plate is given in FIG. 3. Material and machining costs are important and directly related to the fineness of the steps to be machined, more particularly the distances between channels less than 1 mm.
  • FIG. 4 A photographic representation of such a plate obtained by assembling stamped sheets is given in FIG. 4.
  • This technique has the advantage of limiting the cost of raw material but does not make it possible to achieve a channel fineness as high as by machining. In fact, the possibilities of realization for the depth of the channels, the unit width of tooth and the pitch between teeth are limited. In addition, the cost of stamping equipment requires mass production.
  • the lateral offset of the gas distribution chambers certainly makes it possible to have a thickness gain of the SRUs.
  • the architectures with these thin sheet metal plates and laterally offset distribution chambers imply a relatively large width of an EHT reactor or a SOFC fuel cell, which is therefore much greater than the widths of the electrochemical cells.
  • At least one of the dimensions of a basic unit SRU is much greater than that of an electrochemical cell. in an EHT reactor or a SOFC fuel cell.
  • An object of the invention is to respond at least in part to this (these) need (s). Another object of the invention is to provide an interconnector to achieve the previous goal and is inexpensive to achieve.
  • the invention concerns, in one of its aspects, a device forming an electrical and fluidic interconnector for a high-temperature steam electrolysis reactor (EHT) or for a SOFC fuel cell.
  • the device consisting of five elongate flat sheets along two axes of symmetry (X, Y) orthogonal to each other with the two end plates identical to each other and with the two intermediate plates, each arranged between an end plate and the sheet metal central, identical to one another, one of the end plates being intended to come into mechanical contact with the plane of a cathode of an elementary electrochemical cell and the other of the end plates being intended to come into mechanical contact with the plane of an anode of an adjacent elementary electrochemical cell, each of the two adjacent elemental electrochemical cells, solid oxide type (SOEC), being formed of a a thode, an anode, and an electrolyte interposed between the cathode and the anode, wherein:
  • each of the five flat sheets is pierced, at the four corners of its central part, with four lights, said first to fourth lights of the sheets; the first and second lights being arranged on either side of the X axis and on the same side with respect to the Y axis, while the third and fourth lights are arranged on either side of the X axis and on the same side with respect to the Y axis, opposite to that in which the first and fourth lights are arranged and that the first and fourth lights are arranged on either side of the Y axis and on the same side relative to to the X axis;
  • the central plate has a central portion not pierced
  • the two end plates each comprise a central portion pierced with a plurality of lights, said fifth end sheet lights, elongated along a length substantially corresponding to the length of the central portion along one X of the axes;
  • the two intermediate plates each comprise two parts each pierced by an elongate light along a length corresponding substantially to the length of the central portion along the other Y axes, the two lights of each of the intermediate plates, said fifth and sixth lights of intermediate sheet, comprising plate tongues spaced apart from one another forming a comb,
  • the fifth light of one of the intermediate plates is in fluid communication with the first lumen of said one of the intermediate plates and the sixth lumen of said one of the intermediate plates is in fluid communication with the third lumen of said one intermediate plate, while the fifth light of the other of the intermediate plates is in fluid communication with the second light of the other of the intermediate plates and the sixth light of the other of the intermediate plates is in fluid communication with the fourth light of the other of the intermediate plates,
  • Each of the first to fourth lumens of one of the five plates is in fluid communication individually respectively with one of the corresponding first to fourth lumens of the other four laminations,
  • the fifth and sixth lights of each intermediate plate are in fluid communication with the fifth lights of one of the end plates
  • each intermediate plate bear against both the walls separating the fifth lumens of one of the end plates and against the unperforated central portion of the central plate,
  • light is meant here and in the context of the invention, a hole opening on either side of a metal sheet.
  • the height of a distribution chamber ie supply or recovery of the gases, is determined by the thickness of an intermediate sheet since the actual distribution is ensured by their elongate slots along the axis.
  • the latter delimit the channels which ensure the flow of gas in contact with an adjacent electrochemical cell.
  • the central sheet delimits in a sealed manner the circulation of gases within an interconnector according to the invention between firstly that at an electrochemical cell and secondly at the level of the adjacent cell.
  • the tabs forming a comb of an intermediate plate transmit the electric current to the walls separating the gas circulation channels of an end plate.
  • one preserves the advantages of a thin sheet interconnector architecture known without its disadvantage of relatively large width related to the lateral offset of distribution chambers, and while maintaining the performance of electrochemical cells of the same dimensions.
  • gas distribution chambers of low height are defined, and consequently an interconnector and therefore a basic unit SRU compact both in width and in height within an EHT reactor or a battery SOFC fuel while maintaining small electrochemical cell dimensions.
  • the invention it is possible to define a height of a gas distribution chamber defined by the thickness of an intermediate sheet, of the order of 0.5 mm, whereas in a known channel plate interconnector it is necessary to have at least 5mm of height, and with the same constituent metal.
  • the cost of producing an interconnector according to the invention can be low because of the small thickness of flat sheets, the use of thin metal sheet already tested the identical embodiment between intermediate sheets of a part and end plates on the other hand.
  • the invention which has just been described has the following advantages: - increase of the compactness of electrical and fluidic interconnector compared to that of the interconnectors according to the prior art, and for the same active electrochemical cell surface ,
  • the fifth lights of the end plates are of straight shape delimiting straight channels.
  • the five sheets are joined together by welding or brazing.
  • the five sheets are ferritic steel with about 20% chromium, preferably CROFER® 22APU or FT18TNb, nickel-based Inconel® 600 or Haynes®.
  • each of the five sheets has a thickness of between 0.1 and 1 mm.
  • the central sheet may have a thickness of between 0.1 and 0.5 mm
  • each end sheet may have a thickness of between 0.1 and 0.5 mm
  • each intermediate sheet may have a thickness of between 0.5. and 1 mm.
  • the unit width of a channel defined by a fifth light of an end plate is between 0.15 and 5 mm.
  • the unit width of a channel defined between two consecutive tongues of an intermediate sheet is between 5 and 10 mm.
  • the subject of the invention is also an electrolysis reactor comprising a stack of elementary electrolysis cells of the SOEC type each formed of a cathode, an anode and an electrolyte interposed between the cathode and the anode, and a plurality of electrical and fluidic interconnectors as described above, each arranged between two adjacent elementary cells with one of the end plates in electrical contact with the cathode of one of the two elementary cells and the other of the end in electrical contact with the anode of the other of the two elementary cells.
  • the invention further relates to a method of operating an electrolysis reactor described above, according to which:
  • the first lights are supplied with water vapor and the fourth lights simultaneously with a draining gas, such as air, the hydrogen produced by the electrolysis of the steam is recovered in the third lumens and simultaneously the oxygen produced by the electrolysis of the water vapor in the second lumens.
  • a draining gas such as air
  • the subject of the invention is also an SOFC fuel cell comprising a stack of elementary electrochemical cells of the SOEC type each formed of a cathode, an anode and an electrolyte interposed between the cathode and the anode, and a plurality of electrical and fluidic interconnectors as described above, each arranged between two adjacent elementary cells with one of the end plates in electrical contact with the cathode of one of the two elementary cells and the other of the end plates in electrical contact with the anode of the other of the two elementary cells.
  • the subject of the invention is a method of operating a SOFC fuel cell as above, according to which:
  • the first lights are supplied with air and simultaneously the fourth lights with hydrogen H2,
  • the hydrogen produced is recovered, in the third and simultaneously the hydrogen that is not used in the second lumens.
  • 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 photographic reproduction of a plate according to FIG. 1, obtained by mechanical machining
  • FIG. 4 is a photographic reproduction of a plate according to FIG. 1, obtained by stamping
  • FIG. 5 is a schematic exploded view of part of a high temperature electrolyser comprising interconnectors according to the state of the art
  • FIG. 6 is a schematic exploded view of part of a SOFC fuel cell comprising interconnectors according to the state of the art
  • FIG. 7 is an exploded view of an interconnector according to the invention showing the five plane plates that constitute it, as well as two electrolysis cells on either side,
  • FIGS. 8A to 8E are respective front views of each of the five laminated and assembled flat sheets constituting an interconnector according to the invention
  • FIGS. 9A and 9B show the level of transfer current and the distribution thereof. in an electrolyte of an electrolytic cell of an EHT reactor respectively in an interconnecting stack architecture according to the invention and in a state-of-the-art channel plate stack architecture.
  • thermoneutral voltage 1.298 V
  • electrolysers described are of the solid oxide type (SOEC), which is a high-temperature solid oxide electrolyte cell.
  • SOEC solid oxide type
  • all the constituents (anode / electrolyte / cathode) of an electrolysis cell are ceramics.
  • the high operating temperature of an electrolyser (electrolysis reactor) is typically between 600 ° C and 1000 ° C.
  • the characteristics of a SOEC elemental electrolysis cell suitable for the invention may be those indicated as follows in the table below.
  • CSC cathode support
  • a water electrolyzer is an electrochemical device for producing hydrogen (and oxygen) under the effect of an electric current.
  • electrolysers with high temperature EHT the electrolysis of water at high temperature is carried out from steam.
  • the function of a high temperature electrolyser EHT is to transform the water vapor into hydrogen and oxygen according to the following reaction:
  • each elementary electrolysis cell C1, C2 is formed of a cathode 2.1, 2.2 and an anode 4.1, 4.2 placed on either side of a solid electrolyte 6.1, 6.2 generally under membrane shape.
  • the two electrodes (cathode and anode) 2.1, 2.2 and 4.1, 4.2 are electronic conductors, of porous material, and the electrolyte 6.1, 6.2 is gastight, electronic insulator and ionic conductor.
  • the electrolyte may in particular be an anionic conductor, more specifically an anionic conductor of O 2 - ions and electrolyser is then called anionic electrolyzer.
  • the electrochemical reactions are at the interface between each of the electronic conductors and the ionic conductor.
  • the half-reaction is the following one:
  • the electrolyte 6.1, 6.2 interposed between the two electrodes 2.1, 2.2; 4.1, 4.2 is the place of migration of ions O 2 " 'under the effect of the electric field created by the potential difference imposed between the anode and the cathode.
  • the water vapor at the cathode inlet may be accompanied by hydrogen H 2 and the hydrogen produced and recovered at the outlet may be accompanied by steam.
  • a draining gas such as air can also be injected at the inlet to evacuate the oxygen produced.
  • the injection of a draining gas has the additional function of acting as a thermal regulator.
  • An elementary electrolysis reactor consists of an elementary cell C1 as described above, with a cathode 2.1, an electrolyte 3.1, and an anode 4.1 and two mono-polar connectors which provide the functions of electrical distribution, hydraulic and thermal.
  • interconnection devices usually called interconnectors or bipolar interconnection plates.
  • the assembly is positioned between two end interconnection plates that support the power supplies and electrolyser gas supplies (electrolysis reactor).
  • a high temperature water electrolyser thus comprises at least one, generally a plurality of electrolysis cells stacked on top of one another, each elementary cell being formed of an electrolyte, a cathode and a cathode. an anode, the electrolyte being interposed between the anode and the cathode.
  • the fluidic and electrical interconnection devices which are in electrical contact with one or more electrodes generally provide the feed and collecting electric current and delimiting one or more gas circulation compartments.
  • a so-called cathodic compartment has the function of distributing electric current and water vapor as well as recovering hydrogen from the cathode in contact.
  • a so-called anode compartment has the function of distributing the electric current as well as recovering the oxygen produced at the anode in contact, possibly using a draining gas.
  • FIG. 5 represents an exploded view of elementary patterns of a high temperature steam electrolyser according to the state of the art.
  • This electrolyser EHT comprises a plurality of elementary electrolysis cells C1, C2. of solid oxide type (SOEC) stacked alternately with interconnectors 8.
  • Each cell C l, C2 ... consists of a cathode 2.1, 2.2, ... and an anode 4.1, 4.2, between which is disposed an electrolyte 3.1, 3.2. . . .
  • an interconnector 8 is a metal alloy component which separates the anode compartments 7 and cathode 9, defined by the volumes between the interconnector 8 and the adjacent anode 4.2 and between the interconnector 8 and the cathode adjacent 2.1 respectively. It also ensures distribution of gases to the cells.
  • the injection of water vapor into each elementary pattern is done in the cathode compartment 9.
  • the collection of the hydrogen produced and the residual water vapor at the cathode 2.1, 2.2 .. is carried out in the cathode compartment 9 downstream of the cell C1, C2 .. after dissociation of the water vapor therefrom.
  • the collection of the oxygen produced at the anode 4.2 is carried out in the anode compartment 7 downstream of the cell C 1, C 2 after dissociation of the water vapor therefrom.
  • the intercormector 8 ensures the flow of current between the cells C1 and C2 by direct contact with the adjacent electrodes, that is to say between the anode 4.2 and the cathode 2.1 ( Figure 5).
  • FIG. 6 represents the same elementary patterns as those of FIG. 5, but for a SOFC fuel cell with elementary cell cells C1, C2 and the interconnectors 8.
  • the symbols and the arrows of the air, dihydrogen and oxygen, current are shown in this figure 6 for the sake of clarity.
  • the injection of the oxygen-containing air into each elementary pattern is done in the cathode compartment 9.
  • the collection of the water produced at the cathode 2.1, 2.2 .. is carried out in the cathode compartment 9 downstream of the cell C1, C2 .. after recombination of the water therewith with H2 hydrogen injected at the anode 4.2 is carried out in the anode compartment 7 upstream of the cell C1, C2.
  • the current produced during the recombination of the water is collected by the interconnectors 8.
  • these interconnectors 8 are usually made by mechanical machining of thick plates or by the use of thin sheets, typically from 0.5 to 2 mm, stamped and then assembled together by laser welding. Material and machining costs are important.
  • the production technique has the advantage of limiting the cost of raw material but does not achieve a channel fineness as high as by machining. In fact, the possibilities of realization for the depth of the channels, the unit width of tooth and the pitch between teeth are limited.
  • the cost of stamping equipment requires mass production.
  • the electrical contact between the electrodes and the interconnector is not completely satisfactory, in particular because of the lack of flatness of the electrodes.
  • the dimensions of an interconnector 8 according to the state of the art, and therefore of an elementary pattern SRU remain relatively important, particularly with regard to those of the electrochemical cells C1, C2 ....
  • FIG. 7 thus explodes an interconnector 8 according to the invention making it possible to ensure the supply of water vapor H 2 O and of air as draining gas, as well as the recovery respectively of oxygen O 2 with the draining gas. and H2 hydrogen with water vapor, produced within the stack of an electrolysis reactor.
  • the interconnector 8 makes it possible to ensure a circulation of the H 2 O / H 2 gas to the cathodes of the cells in countercurrent with the circulation of the recovered gas O 2 with its draining gas to the anodes of the cells.
  • the interconnector 8 consists of five flat plates 80, 81, 82, 83, 84 elongate along two axes of symmetry (X, Y) orthogonal to each other, the five sheets being laminated and assembled together by welding.
  • All five flat sheets 80, 81, 82, 83, 84 may be made of the same metal, for example a commercial ferritic alloy of the CROFER 22 APU type.
  • each end plate 81, 82 has a thickness of 0.15 mm.
  • each end plate 83, 84 has a thickness of 0.5 mm.
  • One of the end plates is intended to come into mechanical contact with the plane of a cathode 2.1 of an elementary electrolysis cell (C1) and the other of the plates
  • each of the two adjacent elementary electrolysis cells (C1, C2) of the SOEC type is formed of a cathode 2.1, 2.2, an anode 4.1, 4.2 and an electrolyte 3.1, 3.2 interposed between the cathode and the anode.
  • Each of the five 80, 81, 82, 83, 84 flat plates is pierced, at the four corners of its central part, four lights 801 to 804; 811 to 814; 821 to 824; 831-834; 841 to 844 say first to fourth plate lights.
  • the flat sheets 80, 81, 82, 83, 84 have an identical surface, with a square or rectangular section.
  • the first lights 801, 811, 821, 831, 841 are dedicated to feeding the cathodes of cells with water vapor.
  • the second lights 802, 812, 822, 832, 842 are dedicated to the recovery and evacuation of air as draining gas and oxygen produced at the anodes of the cells.
  • the third lights 803, 813, 823, 833, 843 are dedicated to the recovery and evacuation of the hydrogen produced at the cathodes of the cells.
  • the fourth lights 804, 814, 824, 834, 844 are dedicated to feeding the anodes of the cells in air as a draining gas.
  • the first 801, 811, 821, 831, 841 and second 802, 812, 822, 832, 842 lights are arranged on either side of the X axis and on the same side with respect to the Y axis.
  • the third 803, 813, 823, 833, 843 and fourth 804, 814, 824, 834, 844 lights are arranged on either side of the X axis and on the same side with respect to the Y axis, opposite to the the one in which the first and fourth lights are arranged.
  • first 801, 811, 821, 831, 841 and fourth 804, 814, 824, 834, 844 lights are arranged on either side of the Y axis and on the same side with respect to the X axis.
  • the first to fourth lights of the same flat sheet form a square.
  • the first to fourth lights are of circular section.
  • the central plate 80 has a central portion 800 not pierced.
  • the two end plates 81, 82 each comprise a central portion pierced with a plurality of lights 815, 825, called fifth end sheet lights, elongated along a length corresponding substantially to the length of the central portion according to the invention. an X of the axes.
  • the fifth 815, 825 lights of the end plates 81, 82 are of straight form delimiting channels rectilinear parallel to each other. These channels form the steam supply channels to cathodes 2.1, 2.2 of the cells.
  • the channel area delimited by the fifth lumens 815 or 825 substantially corresponds to the entire electrochemically active surface of a cathode 2.1, 2.2 in order to supply it completely with water vapor.
  • the walls of rectangular section each separating two fifth consecutive lights 815, 825 provide electrical contact with the electrolysis cell Cl, C2.
  • a width of the order of 1 mm at a time for the channels delimited by the fifth lights 815, 825 and for the walls separating is adapted.
  • the two intermediate plates 83, 84 each comprise two parts each pierced with a light 835, 836; 845, 846 elongated along a length corresponding substantially to the length of the central portion along the other Y axes.
  • Lights 835, 836; 845, 846 each cover the entire width, i.e. dimension along the Y axis, of the channels delimited by the fifth lights 815, 825 of the end plates 81, 82.
  • the two lights 835, 836; 845, 846 of each of the intermediate plates 83, 84, said fifth and sixth intermediate sheet lights, comprise tabs 83L, 84L of sheets spaced apart from each other forming a comb (8B and 8D).
  • a comb such as that shown in Figures 8B and 8D, there may be provided a horizontal grid interwoven mesh.
  • Such a grid has the same thickness as it replaces and thus allows the passage of current in the vertical and horizontal direction. It is also permeable in the horizontal and vertical directions for the passage of fluid.
  • tongues 83L, 84L have the function of transmitting the electrical current to the walls separating the channels end plates 81, 82, against which they are supported.
  • a width of fifth lights 835, 845 and sixth lights 836, 846, of the order of 23 mm is adapted, that is to say a number of three tongues of 1 mm between channels 5 mm wide.
  • the fifth light 835 of one of the intermediate plates 83 is in fluid communication with the first light 831 of the same intermediate sheet 83 (FIG. 8D).
  • this fifth light 835 which constitutes the chamber supplying water vapor H20 from the cathode 2.1 of the cell C1, includes the light 831 through which water vapor arrives.
  • the sixth light 836 of the intermediate plate 83 is in fluid communication with the third light 833 of the same intermediate plate 83 (FIG. 8D).
  • this sixth light 836 which constitutes the H2 hydrogen recovery chamber produced at the cathode 2.1 of the cell C1 includes the light 833 through which the hydrogen produced is collected and extracted from the EHT stack.
  • the fifth 845 light of the other 84 of the intermediate plates is in fluid communication with the second 842 light of the same intermediate sheet 84 ( Figure 8B).
  • this fifth light 845 which constitutes the oxygen recovery chamber 02 produced at the anode 4.2 of the cell C2 includes the light 842 through which the oxygen produced is collected with the air as a draining gas. and extracted from the EHT stack.
  • the sixth light 846 of the intermediate plate 84 is in fluid communication with the fourth light 844 of the same intermediate plate 84 (FIG. 8B).
  • this sixth light 846 which constitutes the air supply chamber as a draining gas at the anode 4.2 of the cell C2, includes the light 844 through which the air arrives.
  • Each of the first to fourth lumens 801 to 804, 811 to 814, 821 to 824, 831 to 834 of one of the five laminations is in fluid communication individually with one of the first to fourth lumens 801 to 804, 811 respectively.
  • the fifth 835, 845 and sixth 836, 846 lights of each intermediate plate 83, 84 are in fluid communication with the fifth 815 or 825 lights of one of the end plates 81 or 82,
  • each intermediate plate 83, 84 bear against both the walls separating the fifth lumens 815, 825 from one of the end plates 81, 82 and against the central portion 800 which is not pierced by the central plate 80.
  • a stack of a plurality interconnectors 8 each arranged between two adjacent elementary cells C1, C2 is made with the first end plate 81 in electrical contact with the cathode 2.1 of one Cl of the two elementary cells and the second end plate 82 in contact with electric with the anode 4.2 of the other C2 of the two elementary cells.
  • the set of electrolysis cells is fed in series by the electric current and in parallel by the gases.
  • the first 811, 831, 801, 841, 821, water vapor lights and at the same time the fourth 814, 834, 804, 844, 824 lights are fed into a draining gas, such as air,
  • the hydrogen produced by the electrolysis of the steam is recovered in the third 813, 833, 803, 843, 823 lumens and simultaneously the oxygen produced by the electrolysis of the water vapor in the second 812 , 832, 802, 842, 822 lights.
  • An interconnector according to the invention 8 is more compact than an interconnector according to the state of the art.
  • the total thickness of interconnector 8 is 1.4 mm.
  • an interconnector 8 according to the invention requires a height of a water vapor distribution chamber defined by the thickness of the sheet. end of 81, of the order of 0.5 mm while for an interconnector 8 to channel plates according to the state of the art, as described with reference to Figure 5, the required height is from order of 5mm.
  • central plate 80 central plate 80
  • the sheets are flat and therefore do not have to be shaped by stamping, machining ...
  • the sheets can be cut by laser or water jet, processes much more economical than machining,
  • the commercial software FLUENT used a simulation to measure the level of transfer current and its homogeneity in the electrolyte of an electrolysis cell.
  • An electrical contact resistance equal to 5 * 10 -6 Qm 2 is applied between an interconnector and the electrolysis cell.
  • FIG. 9A For a channel plate interconnector according to the state of the art and, in FIG. 9B for an interconnector 8 according to the invention.
  • the current is much more homogeneous with an interconnector 8 according to the invention. Indeed, it varies between a value of 0.577 A / cm 2 and a value of 1.1 A / cm 2 with an interconnector 8 according to the invention while it varies between 0.087 A / cm 2 and 1.17 A / cm 2 with an interconnector 8 according to the state of the art.
  • the interconnector 8 according to the invention which has just been described can be used in a SOFC fuel cell.
  • the operating method of such a SOFC fuel cell is carried out as follows:
  • the first 811, 831, 801, 841, 821 lights are supplied with air and at the same time the fourth 814, 834, 804, 844, 824 H2 hydrogen lights,
  • the hydrogen produced is recovered in the third 813, 833, 803, 843, 823 lumens and simultaneously the hydrogen not used in the second 812, 832, 802, 842, 822 lumens.

Abstract

The invention concerns a novel design of an interconnector for an HTE reactor or an SOFC fuel cell, according to which the height of a chamber for distributing, i.e. for supplying or recovering the gases, is determined by the thickness of an intermediate metal sheet and the actual distribution is carried out by means of ports extending along an axis Y that communicate with the ports of an end metal sheet, which extend along another axis X. Those ports delimit channels that allow the gases to circulate in contact with an adjacent electrochemical cell.

Description

INTERCONNECTEUR ELECTRIQUE ET FLUIDIQUE POUR  ELECTRICAL AND FLUIDIC INTERCONNECTOR FOR
ELECTROLYSEUR EHT OU PILE A COMBUSTIBLE SOFC  EHT ELECTROLYSET OR SOFC FUEL CELL
Domaine technique  Technical area
La présente invention concerne le domaine des piles à combustibles à oxyde solide (SOFC, acronyme anglais pour Solid Oxid Fuel Cell) et celui de l'électrolyse de l'eau à haute température (EHT, ou EVHT pour électrolyse de la vapeur d'eau à haute température, ou HTE acronyme anglais pour High Température Electrolysis, ou encore HTSE acronyme anglais pour High Température Steam Electrolysis) également à oxydes solides (SOEC, acronyme anglais  The present invention relates to the field of solid oxide fuel cells (SOFC) and that of the electrolysis of high temperature water (EHT, or EVHT for electrolysis of water vapor at high temperature, or HTE acronym for High Temperature Electrolysis, or HTSE for High Temperature Steam Electrolysis) also with solid oxides (SOEC, acronym
La présente invention concerne les dispositifs d'interconnexion qui sont soumis aux hautes températures et d'un côté à une atmosphère réductrice soit riche en vapeur d'eau H20/H2 (hydrogène humide ou hydrogène riche en vapeur d'eau) dans les réacteurs d' électrolyse EHT soit riche en H2 dans les piles SOFC, et de l'autre côté à une atmosphère oxydante soit riche en 02 dans les réacteurs EHT, soit riche en air dans les piles SOFC dont une des fonctions est d'assurer le passage du courant électrique dans les réacteurs d'électrolyse EHT.  The present invention relates to interconnection devices that are subjected to high temperatures and on one side to a reducing atmosphere that is rich in H20 / H2 water vapor (wet hydrogen or water-rich hydrogen) in EHT electrolysis is rich in H2 in SOFC cells, and on the other side to an oxidizing atmosphere that is rich in 02 in EHT reactors, or rich in air in SOFC cells, one of the functions of which is to ensure the passage of the electrical current in EHT electrolysis reactors.
Les dispositifs d'interconnexion, électrique et fluidique, aussi appelés interconnecteurs ou encore plaques d'interconnexion, sont les dispositifs qui assurent la connexion en série de chaque cellule électrochimique (pile ou cellule d'électrolyse) dans l'empilement de piles à combustible et des réacteurs EHT, combinant ainsi la production de chacune. Les interconnecteurs assurent ainsi les fonctions d'amenée et collecte de courant et délimitent des compartiments de circulation (l'alimentation et/ou la collecte) des gaz.  The interconnection devices, electrical and fluidic, also called interconnectors or interconnect plates, are the devices that ensure the series connection of each electrochemical cell (battery or electrolysis cell) in the stack of fuel cells and EHT reactors, thus combining the production of each one. The interconnectors thus provide power supply and collection functions and define circulation compartments (supply and / or collection) of the gases.
La présente invention vise plus particulièrement à réduire le volume nécessaire aux interconnecteurs tout en préservant le niveau de fonctionnement des cellules électrochimiques.  The present invention aims more particularly at reducing the volume required for the interconnectors while preserving the level of operation of the electrochemical cells.
Elle vise également un procédé de réalisation d' interconnecteurs qui soit peu coûteux.  It also relates to a method of making interconnectors that is inexpensive.
Art antérieur  Prior art
Une pile à combustible SOFC ou un électrolyseur EHT est constitué d'un empilement de motifs élémentaires (aussi appelés SRU pour « Single Repeat Unit ») comportant chacun une cellule électrochimique à oxydes solides, constituée de trois couches superposées l'une sur l'autre anode/électrolyte/cathode, et de plaques d'interconnexion en alliages métalliques aussi appelées plaques bipolaires, ou interconnecteurs. Les interconnecteurs ont pour fonction d'assurer à la fois le passage du courant électrique et la circulation des gaz au voisinage de chaque cellule (vapeur d'eau injectée, hydrogène et oxygène extrait dans un électrolyseur EHT ; air et hydrogène injectés et eau extraite dans une pile SOFC) et de séparer les compartiments anodiques et cathodiques qui sont les compartiments de circulation des gaz du côté respectivement des anodes et des cathodes des cellules. A SOFC fuel cell or an electrolyser EHT consists of a stack of elementary patterns (also called SRUs for "Single Repeat Unit") each comprising a solid oxide electrochemical cell, consisting of three layers superimposed on each other anode / electrolyte / cathode, and interconnect plates of metal alloys also called bipolar plates, or interconnectors. The function of the interconnectors is to ensure both the passage of electric current and the circulation of gases in the vicinity of each cell (injected water vapor, hydrogen and oxygen extracted in an EHT electrolyser, injected air and hydrogen and water extracted in a SOFC stack) and to separate the anode and cathode compartments which are the gas circulation compartments on the anode side and the cathode side of the cells respectively.
Pour réaliser l'électrolyse de la vapeur d'eau à haute température EHT, typiquement entre 600 et 950°C, on injecte de la vapeur d'eau H20 dans le compartiment cathodique. Sous l'effet du courant appliqué à la cellule, la dissociation des molécules d'eau sous forme vapeur est réalisée à l'interface entre l'électrode à hydrogène (cathode) et î'électrolyte : cette dissociation produit du gaz dihydrogène H2 et des ions oxygène. Le dihydrogène est collecté et évacué en sortie de compartiment à hydrogène. Les ions oxygène 02" migrent à travers I'électrolyte et se recombinent en dioxygène à l'interface entre I'électrolyte et l'électrode à oxygène (anode). To carry out the electrolysis of water vapor at high temperature EHT, typically between 600 and 950 ° C., water vapor H20 is injected into the cathode compartment. Under the effect of the current applied to the cell, the dissociation of water molecules in vapor form is carried out at the interface between the hydrogen electrode (cathode) and the electrolyte: this dissociation produces hydrogen gas H2 and oxygen ions. The hydrogen is collected and discharged at the outlet of the hydrogen compartment. Oxygen ions 02 "migrate through I'électrolyte and recombine oxygen at the interface between I'électrolyte and the oxygen electrode (anode).
Pour assurer le fonctionnement d'une pile à combustible SOFC, on injecte de l'air (oxygène) dans le compartiment cathodique et de l'hydrogène dans le compartiment anodique. L'hydrogène H2 va se transformer en ions H+ et libérer des électrons qui sont captés par l'anode. Les ions H+ arrivent sur la cathode où ils se combinent aux ions 02" constitués à partir de l'oxygène de l'air, pour former de l'eau. Le transfert des ions H+ et des électrons vers la cathode va produire un courant électrique continu à partir de l'hydrogène. To ensure the operation of a SOFC fuel cell, air (oxygen) is injected into the cathode compartment and hydrogen into the anode compartment. Hydrogen H2 will turn into H + ions and release electrons that are captured by the anode. H + ions arrive on the cathode where they combine with 02 " ions made from oxygen in the air, to form water.The transfer of H + ions and electrons to the cathode will produce an electric current continuously from hydrogen.
Les conditions de fonctionnement d'un électrolyseur EHT étant très proches de celles d'une pile à combustible SOFC, les mêmes contraintes technologiques se retrouvent, à savoir principalement la tenue mécanique aux cyclages thermiques d'un empilement de matériaux différents (céramiques et alliage métallique), le maintien de l'étanchéité entre les compartiments anodique et cathodique, la tenue au vieillissement des interconnecteurs métalliques et la minimisation des pertes ohmiques à diverses interfaces de l'empilement.  Since the operating conditions of an electrolyser EHT are very close to those of a SOFC fuel cell, the same technological constraints are found, namely mainly the mechanical resistance to thermal cycling of a stack of different materials (ceramics and metal alloys). ), the maintenance of the seal between the anode and cathode compartments, the resistance to aging of the metal interconnectors and the minimization of the ohmic losses at various interfaces of the stack.
En ce qui concerne la géométrie des interconnecteurs, on a représenté en figures 1, 1A et 1B, une plaque à canaux 1 couramment utilisée à la fois dans les électrolyseurs EHT et dans les piles à combustibles SOFC. 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 dans un électrolyseur EHT, l'amenée d'air (02) à la cathode ou d'hydrogène à l'anode dans une pile SOFC 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 dans un électrolyseur EHT, la collecte de l'eau produite à la cathode ou de l'hydrogène en surplus à l'anode dans une pile SOFC est faite par les canaux 11 qui débouchent dans une connexion fluidique, couramment appelée clarinette, commune à l'empilement de cellules. La structure de ces interconnecteurs est faite pour réaliser un compromis entre les deux fonctions d'amenée et de collecte (gaz/courant). As regards the geometry of the interconnectors, FIGS. 1, 1A and 1B show a channel plate 1 commonly used both in the EHT electrolysers and in SOFC fuel cells. 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 to the anode in an EHT electrolyser, the supply of air (02) to the cathode or hydrogen to the anode in a SOFC stack is symbolized by the arrows in Figure 1. The collection of hydrogen produced at the cathode or oxygen produced at the anode in an EHT electrolyser, the collection of water produced at the cathode or hydrogen surplus at the anode in an SOFC stack is made by the channels 11 which open into a fluid connection, commonly called clarinet, common to the stack of cells. The structure of these interconnectors is made to achieve a compromise between the two functions of supply and collection (gas / current).
Une autre plaque interconnectrice 1 a déjà été proposée : [1]. Elle est représentée en figure 2 avec la circulation du fluide représentée par les flèches: sa structure est de type interdigitée.  Another interconnecting plate 1 has already been proposed: [1]. It is represented in FIG. 2 with the circulation of the fluid represented by the arrows: its structure is of the interdigitated type.
Un des inconvénients majeurs de cette plaque à canaux ou de structure interdigitée sont liés à leur technique de réalisation. Ainsi, ces structures de plaques nécessitent une épaisseur de matière importante, typiquement de 5 à 10 mm, pour la zone de collection des gaz produits et une mise en forme par usinage dans la masse, des canaux de distribution des gaz. Une représentation photographique d'une telle plaque usinée est donnée en figure 3. Les coûts de matière et d'usinage sont importants et directement reliés à la finesse de pas des canaux à usiner, plus particulièrement des distances entre canaux inférieures à 1 mm.  One of the major drawbacks of this channel plate or interdigitated structure are related to their production technique. Thus, these plate structures require a large material thickness, typically 5 to 10 mm, for the collection zone of the gases produced and shaping by mass machining of the gas distribution channels. A photographic representation of such a machined plate is given in FIG. 3. Material and machining costs are important and directly related to the fineness of the steps to be machined, more particularly the distances between channels less than 1 mm.
Un autre inconvénient majeur est que, comme déjà évoqué, il est nécessaire d'avoir des profondeurs de canaux dans les plaques qui soient relativement importantes, typiquement de 5 à 10mm, afin d'assurer une distribution homogène des gaz sur l'ensemble des canaux depuis leur alimentation transversale. On pourra se reporter notamment à la publication [2]. Cette profondeur relativement importante des canaux impliquent une épaisseur de plaque interconnectrice relativement importante et donc une épaisseur unitaire d'un motif élémentaire SRU relativement élevée. Au final, les architectures avec ces plaques interconnectrices à canaux ou interdigitées impliquent une hauteur relativement importante d'un réacteur EHT ou d'une pile à combustible SOFC, qui est donc bien supérieure aux hauteurs des cellules électrochimiques. L'emploi de tôles minces, typiquement de 0,5 à 2 mm, embouties puis assemblées entre elles par soudage laser a déjà été éprouvé. Une représentation photographique d'une telle plaque obtenue par assemblage de tôles embouties est donnée en figure 4. Cette technique a pour avantage de limiter le coût de matière première mais ne permet pas d'atteindre une finesse de canaux aussi élevée que par usinage. De fait, les possibilités de réalisation pour la profondeur des canaux, la largeur unitaire de dent et le pas entre dents sont limitées. De plus, le coût de l'outillage d'emboutissage nécessite une production en grande série. Another major disadvantage is that, as already mentioned, it is necessary to have channel depths in the plates which are relatively large, typically 5 to 10 mm, to ensure a homogeneous distribution of the gases on all the channels since their transversal supply. We can refer in particular to the publication [2]. This relatively large depth of the channels involves a relatively large interconnecting plate thickness and therefore a unitary thickness of a relatively high elementary SRU pattern. In the end, the architectures with these interconnected channel or interdigitated plates imply a relatively large height of an EHT reactor or a SOFC fuel cell, which is therefore much greater than the heights of the electrochemical cells. The use of thin sheets, typically from 0.5 to 2 mm, stamped and then assembled together by laser welding has already been tested. A photographic representation of such a plate obtained by assembling stamped sheets is given in FIG. 4. This technique has the advantage of limiting the cost of raw material but does not make it possible to achieve a channel fineness as high as by machining. In fact, the possibilities of realization for the depth of the channels, the unit width of tooth and the pitch between teeth are limited. In addition, the cost of stamping equipment requires mass production.
En outre, avec ces interconnecteurs à tôles minces selon l'état de l'art, il est connu d'avoir des architectures de motifs élémentaires SRU, dans lesquelles les chambres de distribution (alimentation ou récupération) des gaz sont déportées latéralement par rapport au plan principal des SRU : [3], [4]. Dans ces architectures, la circulation des gaz est dite « cross-flow », car les canaux de circulation/distribution anodiques ont des directions perpendiculaires à ceux cathodiques dans un plan horizontal. Dans de telles architectures, les chambres de distribution anodiques et cathodiques sont réparties sur les quatre côtés de l'empilement, c'est-à-dire déportées latéralement par rapport au plan principal des SRU  In addition, with these thin-sheet interconnectors according to the state of the art, it is known to have basic patterns architectures SRU, in which the distribution chambers (supply or recovery) of the gases are offset laterally with respect to the Main plan of SRUs: [3], [4]. In these architectures, the flow of gases is called "cross-flow" because the anodic circulation / distribution channels have directions perpendicular to those cathodic in a horizontal plane. In such architectures, the anodic and cathodic distribution chambers are distributed on the four sides of the stack, that is to say, offset laterally with respect to the main plane of the SRUs.
Dans de telles architectures, le déport latéral des chambres de distribution des gaz permet certes d'avoir un gain d'épaisseur des SRU. En revanche, cela implique une largeur des SRU plus importante. Autrement dit, les architectures avec ces plaques à tôles minces et chambres de distribution déportées latéralement impliquent une largeur relativement importante d'un réacteur EHT ou d'une pile à combustible SOFC, qui est donc bien supérieure aux largeurs des cellules électrochimiques.  In such architectures, the lateral offset of the gas distribution chambers certainly makes it possible to have a thickness gain of the SRUs. On the other hand, this implies a larger SRU width. In other words, the architectures with these thin sheet metal plates and laterally offset distribution chambers imply a relatively large width of an EHT reactor or a SOFC fuel cell, which is therefore much greater than the widths of the electrochemical cells.
Ainsi, quelle que soit la réalisation et l'architecture des plaques d' interconnecteurs et des chambres de distribution des gaz, au moins l'une des dimensions d'un motif élémentaire SRU est bien supérieur à celle(s) d'une cellule électrochimique dans un réacteur EHT ou une pile à combustible SOFC.  Thus, irrespective of the construction and the architecture of the interconnector plates and the gas distribution chambers, at least one of the dimensions of a basic unit SRU is much greater than that of an electrochemical cell. in an EHT reactor or a SOFC fuel cell.
Il existe donc un besoin d'améliorer les interconnecteurs pour les piles SOFC ou les réacteurs EHT, notamment en vue de diminuer au moins l'une des dimensions d'un motif élémentaire SRU comparativement à celui d'une cellule électrochimique. Il existe un besoin particulier de diminuer au moins l'une des dimensions d'un motif élémentaire SRU comparativement à celui d'une cellule électrochimique, tout en conservant les performances électrochimiques de cette dernière. There is therefore a need to improve the interconnectors for SOFC cells or EHT reactors, especially in order to reduce at least one of the dimensions of a basic unit SRU compared to that of an electrochemical cell. There is a particular need to reduce at least one of the dimensions of a basic unit SRU compared to that of an electrochemical cell, while maintaining the electrochemical performance of the latter.
Un but de l'invention est de répondre au moins en partie à ce(s) besoin(s). Un autre but de l'invention est de proposer un interconnecteur permettant d'atteindre le but précédent et qui soit peu coûteux à réaliser.  An object of the invention is to respond at least in part to this (these) need (s). Another object of the invention is to provide an interconnector to achieve the previous goal and is inexpensive to achieve.
Exposé de l'invention  Presentation of the invention
Pour ce faire, l'invention concerne, sous l'un de ses aspects, un dispositif formant un interconnecteur électrique et fluidique pour un réacteur d'électrolyse à haute température de la vapeur d'eau (EHT) ou pour une pile à combustible SOFC, le dispositif consistant en cinq tôles planes allongées selon deux axes de symétrie (X, Y) orthogonaux entre eux avec les deux tôles d'extrémité identiques entre elles et avec les deux tôles intermédiaires, agencées chacune entre une tôle d'extrémité et la tôle centrale, identiques entre elles, l'une des tôles d'extrémité étant destinée à venir en contact mécanique avec le plan d'une cathode d'une cellule électrochimique élémentaire et l'autre des tôles d'extrémité étant destinée à venir en contact mécanique avec le plan d'une anode d'une cellule électrochimique élémentaire adjacente, chacune des deux cellules électrochimiques élémentaires adjacentes, de type à oxydes solides (SOEC), étant formée d'une cathode, d'une anode, et d'un électrolyte intercalé entre la cathode et l'anode, dispositif dans lequel :  To this end, the invention concerns, in one of its aspects, a device forming an electrical and fluidic interconnector for a high-temperature steam electrolysis reactor (EHT) or for a SOFC fuel cell. , the device consisting of five elongate flat sheets along two axes of symmetry (X, Y) orthogonal to each other with the two end plates identical to each other and with the two intermediate plates, each arranged between an end plate and the sheet metal central, identical to one another, one of the end plates being intended to come into mechanical contact with the plane of a cathode of an elementary electrochemical cell and the other of the end plates being intended to come into mechanical contact with the plane of an anode of an adjacent elementary electrochemical cell, each of the two adjacent elemental electrochemical cells, solid oxide type (SOEC), being formed of a a thode, an anode, and an electrolyte interposed between the cathode and the anode, wherein:
chacune des cinq tôles planes est percée, aux quatre coins de sa partie centrale, de quatre lumières, dites première à quatrième lumières des tôles; les premières et deuxièmes lumières étant disposées de part et d'autre de l'axe X et du même côté par rapport à l'axe Y, tandis que les troisièmes et quatrièmes lumières sont disposées de part et d'autre de l'axe X et du même côté par rapport à l'axe Y, opposé à celui dans lequel sont disposées les premières et quatrièmes lumières et que les premières et quatrièmes lumières sont disposées de part et d'autre de l'axe Y et du même côté par rapport à l'axe X ;  each of the five flat sheets is pierced, at the four corners of its central part, with four lights, said first to fourth lights of the sheets; the first and second lights being arranged on either side of the X axis and on the same side with respect to the Y axis, while the third and fourth lights are arranged on either side of the X axis and on the same side with respect to the Y axis, opposite to that in which the first and fourth lights are arranged and that the first and fourth lights are arranged on either side of the Y axis and on the same side relative to to the X axis;
la tôle centrale comporte une partie centrale non percée ;  the central plate has a central portion not pierced;
les deux tôles d'extrémités comportent chacune une partie centrale percée d'une pluralité de lumières, dites cinquièmes lumières de tôle d'extrémité, allongées sur une longueur correspondant sensiblement à la longueur de la partie centrale selon l'un X des axes; les deux tôles intermédiaires comportent chacune deux parties percées chacune d'une lumière allongée sur une longueur correspondant sensiblement à la longueur de la partie centrale selon l'autre Y des axes, les deux lumières de chacune des tôles intermédiaires, dite cinquième et sixième lumières de tôle intermédiaire, comportant des languettes de tôles espacées les unes des autres en formant un peigne, the two end plates each comprise a central portion pierced with a plurality of lights, said fifth end sheet lights, elongated along a length substantially corresponding to the length of the central portion along one X of the axes; the two intermediate plates each comprise two parts each pierced by an elongate light along a length corresponding substantially to the length of the central portion along the other Y axes, the two lights of each of the intermediate plates, said fifth and sixth lights of intermediate sheet, comprising plate tongues spaced apart from one another forming a comb,
la cinquième lumière de l'une des tôles intermédiaires est en communication fluidique avec la première lumière de ladite une des tôles intermédiaires et la sixième lumière de ladite une des tôles intermédiaires est en communication fluidique avec la troisième lumière de ladite une tôles intermédiaires, tandis que la cinquième lumière de l'autre des tôles intermédiaires est en communication fluidique avec la deuxième lumière de ladite autre des tôles intermédiaires et la sixième lumière de ladite autre des tôles intermédiaires est en communication fluidique avec la quatrième lumière de ladite autre des tôles intermédiaires,  the fifth light of one of the intermediate plates is in fluid communication with the first lumen of said one of the intermediate plates and the sixth lumen of said one of the intermediate plates is in fluid communication with the third lumen of said one intermediate plate, while the fifth light of the other of the intermediate plates is in fluid communication with the second light of the other of the intermediate plates and the sixth light of the other of the intermediate plates is in fluid communication with the fourth light of the other of the intermediate plates,
et dans lequel les cinq tôles sont stratifiées et assemblées entre elles telles que: and wherein the five sheets are laminated and assembled together such that:
• chacune des première à quatrième lumières de l'une des cinq tôles est en communication fluidique individuellement respectivement avec l'une des première à quatrième lumières correspondantes des quatre autres tôles, Each of the first to fourth lumens of one of the five plates is in fluid communication individually respectively with one of the corresponding first to fourth lumens of the other four laminations,
• les cinquième et sixième lumières de chaque tôle intermédiaire sont en communication fluidique avec les cinquièmes lumières d'une des tôles d'extrémité The fifth and sixth lights of each intermediate plate are in fluid communication with the fifth lights of one of the end plates
• les languettes de chaque tôle intermédiaire sont en appui à la fois contre les parois séparant les cinquièmes lumières d'une des tôles d'extrémité et contre la partie centrale non percée de la tôle centrale, The tongues of each intermediate plate bear against both the walls separating the fifth lumens of one of the end plates and against the unperforated central portion of the central plate,
Par « lumière » on entend ici et dans le cadre de l'invention, un trou débouchant de part et d'autre d'une tôle métallique.  By "light" is meant here and in the context of the invention, a hole opening on either side of a metal sheet.
On précise que les deux axes de symétrie X, Y sont orthogonaux entre eux et se croisent au centre des tôles planes.  It is specified that the two axes of symmetry X, Y are orthogonal to each other and intersect in the center of the flat sheets.
Dans un interconnecteur selon l'invention, la hauteur d'une chambre de distribution, i.e. alimentation ou récupération des gaz, est déterminée par l'épaisseur d'une tôle intermédiaire puisque la distribution proprement dite est assurée par leurs lumières allongées selon l'axe Y et qui communiquent avec les lumières d'une tôle d'extrémité allongées selon l'autre X. Ces dernières délimitent les canaux qui assurent la circulation des gaz en contact avec une cellule électrochimique adjacente. La tôle centrale délimite de manière étanche la circulation des gaz au sein d'un interconnecteur selon l'invention entre d'une part celle au niveau d'une cellule électrochimique et d'autre part celle au niveau de la cellule adjacente. In an interconnector according to the invention, the height of a distribution chamber, ie supply or recovery of the gases, is determined by the thickness of an intermediate sheet since the actual distribution is ensured by their elongate slots along the axis. Y and which communicate with the lights of an elongated end plate according to the other X. The latter delimit the channels which ensure the flow of gas in contact with an adjacent electrochemical cell. The central sheet delimits in a sealed manner the circulation of gases within an interconnector according to the invention between firstly that at an electrochemical cell and secondly at the level of the adjacent cell.
Les languettes formant un peigne d'une tôle intermédiaire transmettent le courant électrique aux parois séparant les canaux de circulation des gaz d'une tôle d'extrémité.  The tabs forming a comb of an intermediate plate transmit the electric current to the walls separating the gas circulation channels of an end plate.
Grâce à l'invention, on conserve les avantages d'une architecture à interconnecteurs à tôles minces connue sans son inconvénient de largeur relativement importante lié au déport latéral de chambres de distribution, et ce tout en conservant les performances des cellules électrochimiques de mêmes dimensions.  Thanks to the invention, one preserves the advantages of a thin sheet interconnector architecture known without its disadvantage of relatively large width related to the lateral offset of distribution chambers, and while maintaining the performance of electrochemical cells of the same dimensions.
Autrement dit, on définit des chambres de distribution des gaz de faible hauteur, et on obtient par conséquent un interconnecteur et donc un motif élémentaire SRU compacts aussi bien en largeur qu'en hauteur au sein d'un réacteur EHT ou d'une pile à combustible SOFC tout en conservant de faibles dimensions de cellules électrochimiques.  In other words, gas distribution chambers of low height are defined, and consequently an interconnector and therefore a basic unit SRU compact both in width and in height within an EHT reactor or a battery SOFC fuel while maintaining small electrochemical cell dimensions.
Grâce à l'invention, on peut définir une hauteur de chambre de distribution des gaz définie par l'épaisseur d'une tôle intermédiaire, de l'ordre de 0,5 mm, tandis que dans un interconnecteur à plaques à canaux connu, il est nécessaire d'avoir au moins minimum 5mm de hauteur, et ce avec un même métal constitutif.  Thanks to the invention, it is possible to define a height of a gas distribution chamber defined by the thickness of an intermediate sheet, of the order of 0.5 mm, whereas in a known channel plate interconnector it is necessary to have at least 5mm of height, and with the same constituent metal.
En outre, le coût de réalisation d'un interconnecteur selon l'invention peut être faible du fait de la faible épaisseur de tôles planes, de l'utilisation de tôles minces en matériau métallique déjà éprouvé de la réalisation identique entre tôles intermédiaires d'une part et tôles d'extrémité d'autre part.  In addition, the cost of producing an interconnector according to the invention can be low because of the small thickness of flat sheets, the use of thin metal sheet already tested the identical embodiment between intermediate sheets of a part and end plates on the other hand.
En résumé, l'invention qui vient d'être décrite présente les avantages suivants : - augmentation de de la compacité de interconnecteur électrique et fluidique à comparativement à celle des interconnecteurs selon l'art antérieur, et ce pour une même surface de cellule électrochimique active,  In summary, the invention which has just been described has the following advantages: - increase of the compactness of electrical and fluidic interconnector compared to that of the interconnectors according to the prior art, and for the same active electrochemical cell surface ,
- obtention d'un faible coût matière pour la réalisation d'un interconnecteur, du fait de la faible épaisseur des tôles nécessaires, de la nécessité de seuls trois types de tôles planes qui en outre n'ont pas à être mises en forme, et enfin de la possibilité de découpe des tôles par laser ou jet d'eau, procédés beaucoup plus économiques que l'usinage nécessaire pour la réalisation des interconnecteurs selon l'état de l'art, - obtention d'une densité de courant plus élevée et plus homogène que celle obtenue pour au moins certains interconnecteurs à plaques selon l'état de l'art. - Obtaining a low material cost for the realization of an interconnector, because of the small thickness of the necessary plates, the need for only three types of flat sheets which furthermore do not have to be shaped, and finally the possibility of cutting sheets by laser or water jet, processes much more economical than the machining necessary for the realization of interconnectors according to the state of the art, obtaining a higher and more homogeneous current density than that obtained for at least some plate interconnectors according to the state of the art.
De préférence, les cinquièmes lumières des tôles d'extrémité sont de forme droite délimitant des canaux rectilignes.  Preferably, the fifth lights of the end plates are of straight shape delimiting straight channels.
De préférence encore, les cinq tôles sont assemblées entre elles par soudure ou par brasure.  More preferably, the five sheets are joined together by welding or brazing.
Avantageusement, les cinq tôles sont en acier ferritique à environ 20% de chrome, de préférence en CROFER® 22APU ou le FT18TNb, à base Nickel de type Inconel® 600 ou Haynes®.  Advantageously, the five sheets are ferritic steel with about 20% chromium, preferably CROFER® 22APU or FT18TNb, nickel-based Inconel® 600 or Haynes®.
Selon une variante avantageuse, chacune des cinq tôles a une épaisseur comprise entre 0,1 et 1mm.  According to an advantageous variant, each of the five sheets has a thickness of between 0.1 and 1 mm.
Selon cette variante, la tôle centrale peut avoir une épaisseur comprise entre 0, 1 et 0,5 mm, chaque tôle d'extrémité une épaisseur comprise entre 0, 1 et 0,5 mm, chaque tôle intermédiaire une épaisseur comprise entre 0,5 et 1 mm.  According to this variant, the central sheet may have a thickness of between 0.1 and 0.5 mm, each end sheet may have a thickness of between 0.1 and 0.5 mm, and each intermediate sheet may have a thickness of between 0.5. and 1 mm.
De préférence, la largeur unitaire d'un canal défini par une cinquième lumière d'une tôle d'extrémité est comprise entre 0, 15 et 5 mm.  Preferably, the unit width of a channel defined by a fifth light of an end plate is between 0.15 and 5 mm.
De préférence encore, la largeur unitaire d'un canal défini entre deux languettes consécutives d'une tôle intermédiaires est comprise entre 5 et 10 mm.  More preferably, the unit width of a channel defined between two consecutive tongues of an intermediate sheet is between 5 and 10 mm.
L'invention a également pour objet un réacteur d'électrolyse comportant un empilement de cellules d'électrolyse élémentaires de type SOEC formées chacune d'une cathode, d'une anode et d'un électrolyte intercalé entre la cathode et l'anode, et une pluralité d'interconnecteurs électrique et fluidique tel que décrit précédemment, agencés chacun entre deux cellules élémentaires adjacentes avec l'une des tôles d'extrémité en contact électrique avec la cathode de l'une des deux cellules élémentaires et l'autre des tôles d'extrémité en contact électrique avec l'anode de l'autre des deux cellules élémentaires.  The subject of the invention is also an electrolysis reactor comprising a stack of elementary electrolysis cells of the SOEC type each formed of a cathode, an anode and an electrolyte interposed between the cathode and the anode, and a plurality of electrical and fluidic interconnectors as described above, each arranged between two adjacent elementary cells with one of the end plates in electrical contact with the cathode of one of the two elementary cells and the other of the end in electrical contact with the anode of the other of the two elementary cells.
L'invention a encore pour objet un procédé de fonctionnement d'un réacteur d'électrolyse décrit précédemment, selon lequel :  The invention further relates to a method of operating an electrolysis reactor described above, according to which:
- on alimente les premières lumières en vapeur d'eau et simultanément les quatrièmes lumières en un gaz drainant, tel que l'air, - on récupère l'hydrogène produit par l'électrolyse de la vapeur d'eau, dans les troisièmes lumières et simultanément l'oxygène produit par l'électrolyse de la vapeur d'eau dans les deuxièmes lumières. the first lights are supplied with water vapor and the fourth lights simultaneously with a draining gas, such as air, the hydrogen produced by the electrolysis of the steam is recovered in the third lumens and simultaneously the oxygen produced by the electrolysis of the water vapor in the second lumens.
L'invention a encore pour objet une pile à combustible SOFC comportant un empilement de cellules électrochimiques élémentaires de type SOEC formées chacune d'une cathode, d'une anode et d'un électrolyte intercalé entre la cathode et l'anode, et une pluralité d'interconnecteurs électrique et fluidique tel que décrit précédemment, agencés chacun entre deux cellules élémentaires adjacentes avec l'une des tôles d'extrémité en contact électrique avec la cathode de l'une des deux cellules élémentaires et l'autre des tôles d'extrémité en contact électrique avec l'anode de l'autre des deux cellules élémentaires.  The subject of the invention is also an SOFC fuel cell comprising a stack of elementary electrochemical cells of the SOEC type each formed of a cathode, an anode and an electrolyte interposed between the cathode and the anode, and a plurality of electrical and fluidic interconnectors as described above, each arranged between two adjacent elementary cells with one of the end plates in electrical contact with the cathode of one of the two elementary cells and the other of the end plates in electrical contact with the anode of the other of the two elementary cells.
L'invention a enfin pour objet un procédé de fonctionnement d'une pile à combustible SOFC comme ci-dessus, selon lequel :  Finally, the subject of the invention is a method of operating a SOFC fuel cell as above, according to which:
- on alimente les premières lumières en air et simultanément les quatrièmes lumières en hydrogène H2,  the first lights are supplied with air and simultaneously the fourth lights with hydrogen H2,
- on récupère l'hydrogène produit, dans les troisièmes et simultanément l'hydrogène non utilisé dans les deuxièmes lumières.  the hydrogen produced is recovered, in the third and simultaneously the hydrogen that is not used in the second lumens.
Description détaillée  detailed description
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée d'exemples de mise en œuvre de l'invention faite à titre illustratif et non limitatif en référence aux figures suivantes parmi lesquelles :  Other advantages and characteristics of the invention will emerge more clearly from a reading of the detailed description of exemplary embodiments of the invention, given for illustrative and nonlimiting purposes, with reference to the following figures among which:
la figure 1 est une vue schématique de face d'une plaque interconnectrice d'un électrolyseur EHT selon l'état de l'art,  FIG. 1 is a diagrammatic front view of an interconnecting plate of an electrolyser EHT according to the state of the art,
la figure 1A est une vue de détail en coupe d'une plaque interconnectrice selon la figure 1,  FIG. 1A is a detailed sectional view of an interconnecting plate according to FIG. 1,
la figure 1B est une vue analogue à la figure 1A montrant les lignes de courant parcourant la plaque,  FIG. 1B is a view similar to FIG. 1A showing the current lines running through the plate,
la figure 2 est une vue schématique de face d'une autre plaque interconnectrice d'un électrolyseur selon l'état de l'art,  FIG. 2 is a diagrammatic front view of another interconnecting plate of an electrolyser according to the state of the art,
la figure 3 est une reproduction photographique d'une plaque selon la figure 1, obtenue par usinage mécanique, la figure 4 est une reproduction photographique d'une plaque selon la figure 1, obtenue par emboutissage, FIG. 3 is a photographic reproduction of a plate according to FIG. 1, obtained by mechanical machining, FIG. 4 is a photographic reproduction of a plate according to FIG. 1, obtained by stamping,
la figure 5 est une vue schématique en éclaté d'une partie d'un électrolyseur à haute température comprenant des interconnecteurs selon l 'état de l'art,  FIG. 5 is a schematic exploded view of part of a high temperature electrolyser comprising interconnectors according to the state of the art,
- la figure 6 est une vue schématique en éclaté d'une partie d'une pile à combustible SOFC comprenant des interconnecteurs selon l'état de l'art,  FIG. 6 is a schematic exploded view of part of a SOFC fuel cell comprising interconnectors according to the state of the art,
la figure 7 est une vue en éclaté d'un interconnecteur selon l'invention montrant les cinq tôles planes qui le constituent ainsi que deux cellules d'électrolyse de part et d'autre,  FIG. 7 is an exploded view of an interconnector according to the invention showing the five plane plates that constitute it, as well as two electrolysis cells on either side,
- les figures 8 A à 8E sont des vues de face respective de chacune des cinq tôles planes stratifiées et assemblées qui constituent un interconnecteur selon l'invention, les figures 9A et 9B représentent le niveau de courant de transfert et la distribution de celui-ci dans un électrolyte d'une cellule d'électrolyse d'un réacteur EHT respectivement dans une architecture à empilement d' interconnecteurs selon l'invention et dans une architecture à empilement à plaques à canaux selon l'état de l'art.  FIGS. 8A to 8E are respective front views of each of the five laminated and assembled flat sheets constituting an interconnector according to the invention, FIGS. 9A and 9B show the level of transfer current and the distribution thereof. in an electrolyte of an electrolytic cell of an EHT reactor respectively in an interconnecting stack architecture according to the invention and in a state-of-the-art channel plate stack architecture.
Les figures 1 à 4 relatives à l'état de l'art ont déjà été commentées en préambule. Elles ne sont donc pas détaillées ci-après.  Figures 1 to 4 relating to the state of the art have already been commented on in the preamble. They are therefore not detailed below.
Par souci de clarté, les mêmes éléments d'un réacteur d'électrolyse EHT selon l'état de l'art et d'un réacteur d'électrolyse EHT selon l'invention sont désignés par les mêmes références numériques.  For the sake of clarity, the same elements of an EHT electrolysis reactor according to the state of the art and of an EHT electrolysis reactor according to the invention are designated by the same reference numerals.
On précise ici dans l'ensemble de la présente demande, les termes « inférieur », « supérieur », « intérieur », « extérieur », « « interne » « externe» sont à comprendre par référence à un interconnecteur selon l'invention en vue de coupe transversale selon l'un des axes X ou Y de symétrie.  It is specified here throughout the present application, the terms "lower", "upper", "inner", "outside", "" internal "" external "are to be understood by reference to an interconnector according to the invention in cross-sectional view along one of the X or Y axes of symmetry.
On précise également qu'ici et dans l'ensemble de la présente demande, les termes «hauteur » et « épaisseur » sont à comprendre comme étant synonymes.  It is also specified that here and throughout the present application, the terms "height" and "thickness" are to be understood as being synonymous.
On précise que les conditions dans lesquelles les simulations avec un interconnecteur à plaque à canaux et un interconnecteur selon l'invention ont été faites et pour lesquelles les résultats sont montrés respectivement en figure 9A et 9B, ont été les suivantes :  It is specified that the conditions in which the simulations with a channel plate interconnector and an interconnector according to the invention were made and for which the results are shown respectively in FIGS. 9A and 9B, were as follows:
- cellule d'électrolyse à cathode support, à une température de 800°C ;  - cathode electrolysis cell support at a temperature of 800 ° C;
- ratio H20/H2 en entrée de cathode de cellule : 90/10 ; - débit de H20/H2 en entrée de cathode de cellule : 1200 mL.min"1 ; - H 2 0 / H 2 ratio at the cell cathode input: 90/10; flow rate of H 2 0 / H 2 at the cell cathode inlet: 1200 mL.min -1 ;
- débit d'air en entrée d'anode de cellule : 1200 mL.min"1 ; air flow at the cell anode inlet: 1200 mL.min -1 ;
- régime permanent des fluides à l'anode et cathode ;  - steady state of fluids at the anode and cathode;
- parois des interconnecteurs en conditions adiabatiques ;  - Interconnector walls under adiabatic conditions;
- fonctionnement de la cellule d'électrolyse à la tension dite tension thermoneutre de 1,298 V.  operation of the electrolysis cell at the so-called thermoneutral voltage of 1.298 V.
On précise également que sur l'ensemble des figures 1 à 7, les symboles et les flèches d'alimentation de vapeur d'eau H20 et d'air en tant que gaz drainant, de distribution et de récupération de dihydrogène H2 et d'oxygène 02, et du courant sont montrés à des fins de clarté et de précision, pour illustrer le fonctionnement d'un réacteur d'électrolyse de vapeur d'eau EUT selon l'état de l 'art et d'un réacteur d'électrolyse EUT selon l'invention.  It is also specified that, in all of FIGS. 1 to 7, the symbols and the arrows supplying water vapor H20 and air as draining gas, distribution and recovery of hydrogen dihydrogen and oxygen. 02, and current are shown for the sake of clarity and precision, to illustrate the operation of a state of the art EUT water vapor electrolysis reactor and an EUT electrolysis reactor according to the invention.
On précise également que tous les électrolyseurs décrits sont de type à oxydes solides (SOEC, acronyme anglais de « Solid Oxyde Electrolyte Cell ») fonctionnant à haute température. Ainsi, tous les constituants (anode/électrolyte/cathode) d'une cellule d'électrolyse sont des céramiques. La haute température de fonctionnement d'un électrolyseur (réacteur d'électrolyse) est typiquement comprise entre 600°C et 1000°C.  It is also specified that all the electrolysers described are of the solid oxide type (SOEC), which is a high-temperature solid oxide electrolyte cell. Thus, all the constituents (anode / electrolyte / cathode) of an electrolysis cell are ceramics. The high operating temperature of an electrolyser (electrolysis reactor) is typically between 600 ° C and 1000 ° C.
On précise que dans le mode de réalisation illustré d'un interconnecteur d' électrolyseur EHT selon les figures 7 à 8E, les dimensions indiquées sont donnés à titre indicatif en référence à une cellule d'électrolyse dont la surface électrochimiquement active est un carré de 100mm X 100mm. Il va de soi que d'autres dimensions de tôles planes et des lumières d'un interconnecteur selon l'invention peuvent convenir à la réalisation en fonction des dimensions de cellules d'électrolyse.  It should be noted that in the illustrated embodiment of an electrolyser interconnector EHT according to FIGS. 7 to 8E, the dimensions indicated are given as an indication with reference to an electrolysis cell whose electrochemically active surface is a square of 100 mm. X 100mm. It goes without saying that other dimensions of flat sheets and lights of an interconnector according to the invention may be suitable for the realization according to the dimensions of electrolysis cells.
Typiquement, les caractéristiques d'une cellule d'électrolyse élémentaire SOEC convenant à l'invention, du type cathode support (CSC), peuvent être celles indiquées comme suit dans le tableau ci-dessous. TABLEAU Typically, the characteristics of a SOEC elemental electrolysis cell suitable for the invention, of the cathode support (CSC) type, may be those indicated as follows in the table below. BOARD
Cellule d'électrolyse Unité Valeur Electrolysis cell Unit Value
Cathode 2  Cathode 2
Matériau constitutif Cermet Nickel Zircone Constituent material Cermet Nickel Zirconia
Epaisseur μηι 500 Thickness μηι 500
Conductivité thermique W m"1 K"1 13, 1 Thermal conductivity W m "1 K " 1 13, 1
Conductivité électrique Ω"1 m"1 103 Electrical conductivity Ω "1 m " 1 10 3
Porosité 0,3  Porosity 0.3
Perméabilité m2 6.10"12 Permeability m 2 6.10 "12
Tortuosité 4  Tortuosity 4
Densité de courant A. m"2 5300 Current density A. m "2 5300
Anode 4  Anode 4
Matériau constitutif LSCF  Constitutive material LSCF
Epaisseur μηι 35  Thickness μηι 35
Conductivité thermique W m"1 K"1 9,6 Thermal conductivity W m "1 K " 1 9.6
Conductivité électrique Ω"1 m"1 1 104 Electrical conductivity Ω "1 m " 1 1 10 4
Porosité 0,2  Porosity 0.2
Perméabilité m2 9.10"12 Permeability m 2 9.10 "12
Tortuosité 4  Tortuosity 4
Densité de courant A. m"2 2000 Current density A. m "2 2000
Electrolvte 3  Electrolvte 3
Matériau constitutif YSZ  YSZ constituent material
Epaisseur μπι 10  Thickness μπι 10
Résistivité Ω m 0,42  Resistivity Ω m 0.42
Un électrolyseur d'eau est un dispositif électrochimique de production d'hydrogène (et d'oxygène) sous l'effet d'un courant électrique.  A water electrolyzer is an electrochemical device for producing hydrogen (and oxygen) under the effect of an electric current.
Dans les électrolyseurs à haute température EHT, l'électrolyse de l'eau à haute température est réalisée à partir de vapeur d'eau. La fonction d'un électrolyseur haute température EHT est de transformer la vapeur d'eau en hydrogène et en oxygène selon la réaction suivante:  In electrolysers with high temperature EHT, the electrolysis of water at high temperature is carried out from steam. The function of a high temperature electrolyser EHT is to transform the water vapor into hydrogen and oxygen according to the following reaction:
2H20→ 2H2 + 02.  2H20 → 2H2 + 02.
Cette réaction est réalisée par voie électrochimique dans les cellules de électrolyseur. Comme schématisée en figure 5, chaque cellule d'électrolyse élémentaire Cl, C2 est formée d'une cathode 2.1, 2.2 et d'une anode 4.1, 4.2, placées de part et d'autre d'un électrolyte solide 6.1, 6.2 généralement sous forme de membrane. Les deux électrodes (cathode et anode) 2.1, 2.2 et 4.1, 4.2 sont des conducteurs électroniques, en matériau poreux, et l'électrolyte 6.1, 6.2 est étanche au gaz, isolant électronique et conducteur ionique. L'électrolyte peut être en particulier un conducteur anionique, plus précisément un conducteur anionique des ions O2" et Γ électrolyseur est alors dénommé électrolyseur anionique. This reaction is carried out electrochemically in the electrolyser cells. As shown diagrammatically in FIG. 5, each elementary electrolysis cell C1, C2 is formed of a cathode 2.1, 2.2 and an anode 4.1, 4.2 placed on either side of a solid electrolyte 6.1, 6.2 generally under membrane shape. The two electrodes (cathode and anode) 2.1, 2.2 and 4.1, 4.2 are electronic conductors, of porous material, and the electrolyte 6.1, 6.2 is gastight, electronic insulator and ionic conductor. The electrolyte may in particular be an anionic conductor, more specifically an anionic conductor of O 2 - ions and electrolyser is then called anionic electrolyzer.
Les réactions électrochimiques se font à l'interface entre chacun des conducteurs électroniques et le conducteur ionique.  The electrochemical reactions are at the interface between each of the electronic conductors and the ionic conductor.
A la cathode 2.1, 2.2, la demi-réaction est la suivante :  At the cathode 2.1, 2.2, the half-reaction is the following one:
2 H20 + 4 e"→2 H2 + 2 02". 2 H20 + 4 e " → 2 H2 + 2 0 2" .
A l'anode 4.1, 4.2, la demi-réaction est la suivante:  At the anode 4.1, 4.2, the half-reaction is as follows:
202"→ 02+ 4 e". 20 2 " → 02+ 4 th " .
L'électrolyte 6.1, 6.2 intercalé entre les deux électrodes 2.1, 2.2 ; 4.1, 4.2 est le lieu de migration des ions O2"' sous l'effet du champ électrique créé par la différence de potentiel imposée entre l'anode et la cathode. The electrolyte 6.1, 6.2 interposed between the two electrodes 2.1, 2.2; 4.1, 4.2 is the place of migration of ions O 2 " 'under the effect of the electric field created by the potential difference imposed between the anode and the cathode.
Comme illustré entre parenthèses en figure 5, la vapeur d'eau en entrée de cathode peut être accompagnée d'hydrogène H2 et l'hydrogène produit et récupéré en sortie peut être accompagné de vapeur d'eau. De même, comme illustré en pointillés, un gaz drainant, tel que l'air peut en outre être injecté en entrée pour évacuer l'oxygène produit. L'injection d'un gaz drainant a pour fonction supplémentaire de jouer le rôle de régulateur thermique.  As illustrated in parentheses in FIG. 5, the water vapor at the cathode inlet may be accompanied by hydrogen H 2 and the hydrogen produced and recovered at the outlet may be accompanied by steam. Similarly, as shown in dashed lines, a draining gas, such as air can also be injected at the inlet to evacuate the oxygen produced. The injection of a draining gas has the additional function of acting as a thermal regulator.
Un réacteur d'électrolyse élémentaire est constitué d'une cellule élémentaire Cl telle que décrite ci-dessus, avec une cathode 2.1, un électrolyte 3.1, et une anode 4.1 et de deux connecteurs mono-polaires qui assurent les fonctions de distribution électrique, hydraulique et thermique.  An elementary electrolysis reactor consists of an elementary cell C1 as described above, with a cathode 2.1, an electrolyte 3.1, and an anode 4.1 and two mono-polar connectors which provide the functions of electrical distribution, hydraulic and thermal.
Pour augmenter les débits d'hydrogène et d'oxygène produits, il est connu d'empiler plusieurs cellules d'électrolyse élémentaires les unes sur les autres en les séparant par des dispositifs d'interconnexion, usuellement appelés interconnecteurs ou plaques d'interconnexion bipolaires. L'ensemble est positionné entre deux plaques d'interconnexion d'extrémité qui supportent les alimentations électriques et des alimentations en gaz de électrolyseur (réacteur d'électrolyse).  To increase the flow rates of hydrogen and oxygen produced, it is known to stack several elementary electrolysis cells on each other by separating them by interconnection devices, usually called interconnectors or bipolar interconnection plates. The assembly is positioned between two end interconnection plates that support the power supplies and electrolyser gas supplies (electrolysis reactor).
Un électrolyseur de l'eau à haute température (EHT) comprend ainsi au moins une, généralement une pluralité de cellules d'électrolyse empilées les uns sur les autres, chaque cellule élémentaire étant formée d'un électrolyte, d'une cathode et d'une anode, l'électrolyte étant intercalé entre l'anode et la cathode.  A high temperature water electrolyser (EHT) thus comprises at least one, generally a plurality of electrolysis cells stacked on top of one another, each elementary cell being formed of an electrolyte, a cathode and a cathode. an anode, the electrolyte being interposed between the anode and the cathode.
Les dispositifs d'interconnexion fluidique et électrique qui sont en contact électrique avec une ou des électrodes assurent en général les fonctions d'amenée et de collecte de courant électrique et délimitent un ou des compartiments de circulation des gaz. The fluidic and electrical interconnection devices which are in electrical contact with one or more electrodes generally provide the feed and collecting electric current and delimiting one or more gas circulation compartments.
Ainsi, un compartiment dit cathodique a pour fonction la distribution du courant électrique et de la vapeur d'eau ainsi que la récupération de l'hydrogène à la cathode en contact.  Thus, a so-called cathodic compartment has the function of distributing electric current and water vapor as well as recovering hydrogen from the cathode in contact.
Un compartiment dit anodique a pour fonction la distribution du courant électrique ainsi que la récupération de l'oxygène produit à l'anode en contact, éventuellement à l'aide d'un gaz drainant.  A so-called anode compartment has the function of distributing the electric current as well as recovering the oxygen produced at the anode in contact, possibly using a draining gas.
Un fonctionnement satisfaisant d'un électrolyseur EHT nécessite: Satisfactory operation of an EHT electrolyser requires:
- une bonne isolation électrique entre deux interconnecteurs adjacents dans l'empilement, sous peine de court-circuiter la cellule d'électrolyse élémentaire intercalée entre les deux interconnecteurs, good electrical insulation between two adjacent interconnectors in the stack, otherwise the elementary electrolysis cell interposed between the two interconnectors will be short-circuited,
un bon contact électrique et une surface de contact suffisante entre chaque cellule et interconnecteur, afin d'obtenir la plus faible résistance ohmique entre cellule et interconnecteur,  a good electrical contact and a sufficient contact area between each cell and interconnector, in order to obtain the lowest ohmic resistance between cell and interconnector,
une bonne étanchéité entre les deux compartiments distincts, i.e. et cathodique, sous peine de recombinaison des gaz produits entraînant une baisse de rendement et surtout l'apparition de points chauds endommageant électrolyseur,  a good seal between the two separate compartments, i.e. and cathode, under penalty of recombination of the gases produced causing a drop in yield and especially the appearance of hot spots damaging electrolyser,
une bonne distribution des gaz à la fois en entrée et en récupération des gaz produits, sous peine de perte de rendement, d'inhomogénéité de pression et de température au sein des différentes cellules élémentaires voire de dégradations rédhibitoires des cellules.  a good distribution of gases both in input and recovery of the gases produced, on pain of loss of efficiency, inhomogeneity of pressure and temperature within the various elementary cells or even crippling cell degradations.
La figure 5 représente une vue éclatée de motifs élémentaires d'un électrolyseur de vapeur d'eau à haute température selon l'état de l'art. Cet électrolyseur EHT comporte une pluralité de cellules d'électrolyse élémentaires Cl, C2. de type à oxyde solide (SOEC) empilées alternativement avec des interconnecteurs 8. Chaque cellule C l , C2... est constituée d'une cathode 2.1, 2.2,... et d'une anode 4.1, 4.2, entre lesquelles est disposé un électrolyte 3.1, 3.2. . . .  FIG. 5 represents an exploded view of elementary patterns of a high temperature steam electrolyser according to the state of the art. This electrolyser EHT comprises a plurality of elementary electrolysis cells C1, C2. of solid oxide type (SOEC) stacked alternately with interconnectors 8. Each cell C l, C2 ... consists of a cathode 2.1, 2.2, ... and an anode 4.1, 4.2, between which is disposed an electrolyte 3.1, 3.2. . . .
Dans un électrolyseur EHT, un interconnecteur 8 est un composant en alliage métallique qui assure la séparation entre les compartiments anodique 7 et cathodique 9, définis par les volumes compris entre l 'interconnecteur 8 et l'anode adjacente 4.2 et entre interconnecteur 8 et la cathode adjacente 2.1 respectivement. Il assure également la distribution des gaz aux cellules. L'injection de vapeur d'eau dans chaque motif élémentaire se fait dans le compartiment cathodique 9. Le collectage de l'hydrogène produit et de la vapeur d'eau résiduelle à la cathode 2.1, 2.2 .. est effectué dans le compartiment cathodique 9 en aval de la cellule Cl, C2.. après dissociation de la vapeur d'eau par celle-ci. Le collectage de l'oxygène produit à l'anode 4.2 est effectué dans le compartiment anodique 7 en aval de la cellule C l , C2.. après dissociation de la vapeur d'eau par celle-ci. In an EHT electrolyser, an interconnector 8 is a metal alloy component which separates the anode compartments 7 and cathode 9, defined by the volumes between the interconnector 8 and the adjacent anode 4.2 and between the interconnector 8 and the cathode adjacent 2.1 respectively. It also ensures distribution of gases to the cells. The injection of water vapor into each elementary pattern is done in the cathode compartment 9. The collection of the hydrogen produced and the residual water vapor at the cathode 2.1, 2.2 .. is carried out in the cathode compartment 9 downstream of the cell C1, C2 .. after dissociation of the water vapor therefrom. The collection of the oxygen produced at the anode 4.2 is carried out in the anode compartment 7 downstream of the cell C 1, C 2 after dissociation of the water vapor therefrom.
L'intercormecteur 8 assure le passage du courant entre les cellules Ci et C2 par contact direct avec les électrodes adjacentes, c'est-à-dire entre l'anode 4.2 et la cathode 2.1 (figure 5).  The intercormector 8 ensures the flow of current between the cells C1 and C2 by direct contact with the adjacent electrodes, that is to say between the anode 4.2 and the cathode 2.1 (Figure 5).
La figure 6 représente les mêmes motifs élémentaires que ceux de la figure 5 mais pour une pile à combustible SOFC avec des cellules de piles élémentaires Cl, C2 et les interconnecteurs 8. Les symboles et les flèches de parcours d'air, de dihydrogène et d'oxygène, du courant sont montrés sur cette figure 6 à des fins de clarté.  FIG. 6 represents the same elementary patterns as those of FIG. 5, but for a SOFC fuel cell with elementary cell cells C1, C2 and the interconnectors 8. The symbols and the arrows of the air, dihydrogen and oxygen, current are shown in this figure 6 for the sake of clarity.
L'injection de l'air contenant l'oxygène dans chaque motif élémentaire se fait dans le compartiment cathodique 9. Le collectage de l'eau produit à la cathode 2.1, 2.2 .. est effectué dans le compartiment cathodique 9 en aval de la cellule C1,C2.. après recombinaison de l'eau par celle-ci avec l'hydrogène H2 injecté à l'anode 4.2 est effectué dans le compartiment anodique 7 en amont de la cellule Cl, C2. Le courant produit lors de la recombinaison de l'eau est collecté par les interconnecteurs 8.  The injection of the oxygen-containing air into each elementary pattern is done in the cathode compartment 9. The collection of the water produced at the cathode 2.1, 2.2 .. is carried out in the cathode compartment 9 downstream of the cell C1, C2 .. after recombination of the water therewith with H2 hydrogen injected at the anode 4.2 is carried out in the anode compartment 7 upstream of the cell C1, C2. The current produced during the recombination of the water is collected by the interconnectors 8.
Selon l'état de l'art, ces interconnecteurs 8 sont usuellement réalisés par usinage mécanique de plaques épaisses ou par emploi de tôles minces, typiquement de 0,5 à 2 mm, embouties puis assemblées entre elles par soudage laser. Les coûts de matière et d'usinage sont importants. La technique de réalisation a pour avantage de limiter le coût de matière première mais ne permet pas d'atteindre une finesse de canaux aussi élevée que par usinage. De fait, les possibilités de réalisation pour la profondeur des canaux, la largeur unitaire de dent et le pas entre dents sont limitées. De plus, le coût de l'outillage d'emboutissage nécessite une production en grande série. En outre, le contact électrique entre les électrodes et Γ interconnecteur n'est pas complètement satisfaisant en particulier du fait du défaut de planéité des électrodes. Enfin, les dimensions d'un interconnecteur 8 selon l'état de l'art, et donc d'un motif élémentaire SRU restent relativement importantes, notamment au regard de celles des cellules électrochimiques Cl, C2.... According to the state of the art, these interconnectors 8 are usually made by mechanical machining of thick plates or by the use of thin sheets, typically from 0.5 to 2 mm, stamped and then assembled together by laser welding. Material and machining costs are important. The production technique has the advantage of limiting the cost of raw material but does not achieve a channel fineness as high as by machining. In fact, the possibilities of realization for the depth of the channels, the unit width of tooth and the pitch between teeth are limited. In addition, the cost of stamping equipment requires mass production. In addition, the electrical contact between the electrodes and the interconnector is not completely satisfactory, in particular because of the lack of flatness of the electrodes. Finally, the dimensions of an interconnector 8 according to the state of the art, and therefore of an elementary pattern SRU remain relatively important, particularly with regard to those of the electrochemical cells C1, C2 ....
Aussi, pour diminuer les dimensions d'un motif élémentaire SRU dans une pile à combustible SOFC ou électrolyseur EHT tout en préservant les performances des cellules électrochimiques, l'inventeurs propose un nouveau type d' interconnecteur 8 dont un exemple est représenté en figure 7.  Also, to reduce the dimensions of a basic unit SRU in a SOFC fuel cell or electrolyzer EHT while preserving the performance of electrochemical cells, the inventors proposes a new type of interconnector 8, an example of which is shown in FIG.
La figure 7 montre ainsi en éclaté un interconnecteur 8 selon l'invention permettant s'assurer l'alimentation de vapeur d'eau H20 et d'air en tant que gaz drainant ainsi que la récupération respectivement de l'oxygène 02 avec le gaz drainant et de l'hydrogène H2 avec la vapeur d'eau, produits au sein de l'empilement d'un réacteur d'électrolyse. Comme détaillé par la suite, Γ interconnecteur 8 permet d'assurer une circulation du gaz H20/H2 aux cathodes des cellules à contre-courant avec la circulation du gaz récupéré 02 avec son gaz drainant aux anodes des cellules.  FIG. 7 thus explodes an interconnector 8 according to the invention making it possible to ensure the supply of water vapor H 2 O and of air as draining gas, as well as the recovery respectively of oxygen O 2 with the draining gas. and H2 hydrogen with water vapor, produced within the stack of an electrolysis reactor. As detailed below, the interconnector 8 makes it possible to ensure a circulation of the H 2 O / H 2 gas to the cathodes of the cells in countercurrent with the circulation of the recovered gas O 2 with its draining gas to the anodes of the cells.
L' interconnecteur 8 est constitué de cinq tôles planes 80, 81, 82, 83, 84 allongées selon deux axes de symétrie (X, Y) orthogonaux entre eux, les cinq tôles étant stratifiées et assemblées entre elles par soudure.  The interconnector 8 consists of five flat plates 80, 81, 82, 83, 84 elongate along two axes of symmetry (X, Y) orthogonal to each other, the five sheets being laminated and assembled together by welding.
Toutes les cinq tôles planes 80, 81, 82, 83, 84 peuvent être réalisées dans un même métal, par exemple un alliage ferritique commercial du type CROFER 22 APU.  All five flat sheets 80, 81, 82, 83, 84 may be made of the same metal, for example a commercial ferritic alloy of the CROFER 22 APU type.
Les deux tôles d'extrémité 81 et 82 sont identiques entre elles. A titre d'exemple, chaque tôle d'extrémité 81, 82 a une épaisseur de 0,15 mm.  The two end plates 81 and 82 are identical to each other. By way of example, each end plate 81, 82 has a thickness of 0.15 mm.
Les deux tôles intermédiaires 83 et 84, agencées chacune entre une tôle d'extrémité 81 ou 82 et la tôle centrale 80, sont identiques entre elles. A titre d'exemple, chaque tôle d'extrémité 83, 84 a une épaisseur de 0, 5 mm.  The two intermediate plates 83 and 84, each arranged between an end plate 81 or 82 and the central plate 80, are identical to each other. By way of example, each end plate 83, 84 has a thickness of 0.5 mm.
L'une 81 des tôles d'extrémité est destinée à venir en contact mécanique avec le plan d'une cathode 2.1 d'une cellule (Cl) d'électrolyse élémentaire et l'autre des tôles One of the end plates is intended to come into mechanical contact with the plane of a cathode 2.1 of an elementary electrolysis cell (C1) and the other of the plates
82 d'extrémité est destinée à venir en contact mécanique avec le plan d'une anode 4.2 d'une cellule (C2) d'électrolyse élémentaire adjacente. Chacune des deux cellules d'électrolyse élémentaires adjacentes (Cl, C2) de type SOEC est formée d'une cathode 2.1, 2.2, d'une anode 4.1, 4.2 et d'un électrolyte 3.1, 3.2 intercalé entre la cathode et l'anode. Chacune des cinq 80, 81, 82, 83, 84 tôles planes est percée, aux quatre coins de sa partie centrale, de quatre lumières 801 à 804 ; 811 à 814 ; 821 à 824 ; 831 à 834 ; 841 à 844 dites première à quatrième lumières des tôles. De préférence, tel qu'illustré dans le mode de réalisation des figures 7 à 8 E, les tôles planes 80, 81, 82, 83, 84 présentent une surface identique, avec une section carrée ou rectangulaire. 82 end is intended to come into mechanical contact with the plane of an anode 4.2 of an adjacent elementary electrolysis cell (C2). Each of the two adjacent elementary electrolysis cells (C1, C2) of the SOEC type is formed of a cathode 2.1, 2.2, an anode 4.1, 4.2 and an electrolyte 3.1, 3.2 interposed between the cathode and the anode. . Each of the five 80, 81, 82, 83, 84 flat plates is pierced, at the four corners of its central part, four lights 801 to 804; 811 to 814; 821 to 824; 831-834; 841 to 844 say first to fourth plate lights. Preferably, as illustrated in the embodiment of Figures 7 to 8 E, the flat sheets 80, 81, 82, 83, 84 have an identical surface, with a square or rectangular section.
Les premières lumières 801, 811, 821, 831, 841 sont dédiées à l'alimentation des cathodes de cellules en vapeur d'eau.  The first lights 801, 811, 821, 831, 841 are dedicated to feeding the cathodes of cells with water vapor.
Les deuxièmes lumières 802, 812, 822, 832, 842 sont dédiées à la récupération et l'évacuation de l'air en tant que gaz drainant et de l'oxygène produit aux anodes des cellules.  The second lights 802, 812, 822, 832, 842 are dedicated to the recovery and evacuation of air as draining gas and oxygen produced at the anodes of the cells.
Les troisièmes lumières 803, 813, 823, 833, 843 sont dédiées à la récupération et l'évacuation de l'hydrogène produit aux cathodes des cellules.  The third lights 803, 813, 823, 833, 843 are dedicated to the recovery and evacuation of the hydrogen produced at the cathodes of the cells.
Les quatrièmes lumières 804, 814, 824, 834, 844 sont dédiées à l'alimentation des anodes des cellules en air en tant que gaz drainant.  The fourth lights 804, 814, 824, 834, 844 are dedicated to feeding the anodes of the cells in air as a draining gas.
Les premières 801, 811, 821, 831, 841 et deuxièmes 802, 812, 822, 832, 842 lumières sont disposées de part et d'autre de l'axe X et du même côté par rapport à l'axe Y.  The first 801, 811, 821, 831, 841 and second 802, 812, 822, 832, 842 lights are arranged on either side of the X axis and on the same side with respect to the Y axis.
Les troisièmes 803, 813, 823, 833, 843 et quatrièmes 804, 814, 824, 834, 844 lumières sont disposées de part et d'autre de l'axe X et du même côté par rapport à l'axe Y, opposé à celui dans lequel sont disposées les premières et quatrièmes lumières.  The third 803, 813, 823, 833, 843 and fourth 804, 814, 824, 834, 844 lights are arranged on either side of the X axis and on the same side with respect to the Y axis, opposite to the the one in which the first and fourth lights are arranged.
Enfin les premières 801, 811, 821, 831, 841 et quatrièmes 804, 814, 824, 834, 844 lumières sont disposées de part et d'autre de l'axe Y et du même côté par rapport à l'axe X. De préférence, tel qu'illustré en figure 7 à 8E, les premières à quatrièmes lumières d'une même tôle plane forment un carré. De préférence également, tel qu'illustré en figure 7 à 8E, les premières à quatrièmes lumières sont de section circulaire.  Finally the first 801, 811, 821, 831, 841 and fourth 804, 814, 824, 834, 844 lights are arranged on either side of the Y axis and on the same side with respect to the X axis. Preferably, as shown in FIGS. 7 to 8E, the first to fourth lights of the same flat sheet form a square. Also preferably, as shown in FIGS. 7 to 8E, the first to fourth lights are of circular section.
La tôle centrale 80 comporte une partie centrale 800 non percée.  The central plate 80 has a central portion 800 not pierced.
Les deux tôles d'extrémités 81, 82 comportent chacune une partie centrale percée d'une pluralité de lumières 815, 825, dites cinquièmes lumières de tôle d'extrémité, allongées sur une longueur correspondant sensiblement à la longueur de la partie centrale selon l'un X des axes.  The two end plates 81, 82 each comprise a central portion pierced with a plurality of lights 815, 825, called fifth end sheet lights, elongated along a length corresponding substantially to the length of the central portion according to the invention. an X of the axes.
Avantageusement, tel qu'illustré en figures 8A et 8 E, les cinquièmes 815, 825 lumières des tôles d'extrémité 81, 82 sont de forme droite délimitant des canaux rectilignes parallèles entre eux. Ces canaux forment les canaux d'alimentation en vapeur d'eau aux cathodes 2.1, 2.2 des cellules. La surface de canaux délimitée par les cinquièmes lumières 815 ou 825 correspond sensiblement à toute la surface électrochimiquement active d'une cathode 2.1, 2.2 afin de l'alimenter complètement en vapeur d'eau. Les parois de section rectangulaire séparant chacune deux cinquièmes lumières 815, 825 consécutives assurent le contact électrique avec la cellule d'électrolyse Cl, C2. Pour assurer un fonctionnement satisfaisant avec une cellule de type CSC, telle que décrite dans le tableau ci-avant, une largeur de l'ordre de 1 mm à la fois pour les canaux délimités par les cinquièmes lumières 815, 825 et pour les parois les séparant est adaptée. Advantageously, as illustrated in FIGS. 8A and 8E, the fifth 815, 825 lights of the end plates 81, 82 are of straight form delimiting channels rectilinear parallel to each other. These channels form the steam supply channels to cathodes 2.1, 2.2 of the cells. The channel area delimited by the fifth lumens 815 or 825 substantially corresponds to the entire electrochemically active surface of a cathode 2.1, 2.2 in order to supply it completely with water vapor. The walls of rectangular section each separating two fifth consecutive lights 815, 825 provide electrical contact with the electrolysis cell Cl, C2. To ensure satisfactory operation with a CSC cell, as described in the table above, a width of the order of 1 mm at a time for the channels delimited by the fifth lights 815, 825 and for the walls separating is adapted.
Les deux tôles intermédiaires 83, 84 comportent chacune deux parties percées chacune d'une lumière 835, 836 ; 845, 846 allongée sur une longueur correspondant sensiblement à la longueur de la partie centrale selon l'autre Y des axes.  The two intermediate plates 83, 84 each comprise two parts each pierced with a light 835, 836; 845, 846 elongated along a length corresponding substantially to the length of the central portion along the other Y axes.
Les lumières 835, 836 ; 845, 846 couvrent chacune toute la largeur, i.e. dimension selon l'axe Y, des canaux délimités par les cinquièmes lumières 815, 825 des tôles d'extrémité 81, 82.  Lights 835, 836; 845, 846 each cover the entire width, i.e. dimension along the Y axis, of the channels delimited by the fifth lights 815, 825 of the end plates 81, 82.
Les deux lumières 835, 836 ; 845, 846 de chacune des tôles intermédiaires 83, 84, dites cinquième et sixième lumières de tôle intermédiaire, comportent des languettes 83L, 84L de tôles espacées les unes des autres en formant un peigne (figures 8B et 8D). En lieu et place d'un peigne comme celui représenté aux figures 8B et 8D, on peut prévoir une grille horizontale à mailles entrelacées. Un telle grille a la même épaisseur qu'peigne qu'elle remplace et permet ainsi le passage du courant dans le sens vertical et horizontal. Elle est également perméable dans les directions horizontale et verticale pour le passage du fluide.  The two lights 835, 836; 845, 846 of each of the intermediate plates 83, 84, said fifth and sixth intermediate sheet lights, comprise tabs 83L, 84L of sheets spaced apart from each other forming a comb (8B and 8D). In place of a comb such as that shown in Figures 8B and 8D, there may be provided a horizontal grid interwoven mesh. Such a grid has the same thickness as it replaces and thus allows the passage of current in the vertical and horizontal direction. It is also permeable in the horizontal and vertical directions for the passage of fluid.
Ces languettes 83L, 84L ont pour fonction de transmettre le courant électrique aux parois séparant les canaux les tôles d'extrémité 81, 82, contre lesquelles elles sont en appui. Pour assurer un fonctionnement satisfaisant, une largeur de cinquièmes lumières 835, 845 et sixièmes lumières 836, 846, de l'ordre de 23 mm est adaptée, soit un nombre de trois languettes de 1 mm séparant des canaux de 5mm de largeur.  These tongues 83L, 84L have the function of transmitting the electrical current to the walls separating the channels end plates 81, 82, against which they are supported. To ensure satisfactory operation, a width of fifth lights 835, 845 and sixth lights 836, 846, of the order of 23 mm is adapted, that is to say a number of three tongues of 1 mm between channels 5 mm wide.
La cinquième lumière 835 de l'une des tôles intermédiaires 83 est en communication fluidique avec la première 831 lumière de cette même tôle intermédiaire 83 (figure 8D). Autrement dit, cette cinquième lumière 835 qui constitue la chambre d'alimentation en vapeur d'eau H20 de la cathode 2.1 de la cellule Cl, englobe la lumière 831 par laquelle la vapeur d'eau arrive. The fifth light 835 of one of the intermediate plates 83 is in fluid communication with the first light 831 of the same intermediate sheet 83 (FIG. 8D). In other words, this fifth light 835 which constitutes the chamber supplying water vapor H20 from the cathode 2.1 of the cell C1, includes the light 831 through which water vapor arrives.
La sixième lumière 836 de la tôle intermédiaire 83 est en communication fluidique avec la troisième 833 lumière de cette même tôle intermédiaire 83 (figure 8D). Autrement dit, cette sixième lumière 836 qui constitue la chambre de récupération de l'hydrogène H2 produit à la cathode 2.1 de la cellule Cl, englobe la lumière 833 par laquelle l'hydrogène produit est collecté et extrait de l'empilement EHT.  The sixth light 836 of the intermediate plate 83 is in fluid communication with the third light 833 of the same intermediate plate 83 (FIG. 8D). In other words, this sixth light 836 which constitutes the H2 hydrogen recovery chamber produced at the cathode 2.1 of the cell C1, includes the light 833 through which the hydrogen produced is collected and extracted from the EHT stack.
La cinquième 845 lumière de l'autre 84 des tôles intermédiaires est en communication fluidique avec la deuxième 842 lumière de cette même tôle intermédiaire 84 (figure 8B). Autrement dit, cette cinquième lumière 845 qui constitue la chambre de récupération de l'oxygène 02 produit à l'anode 4.2 de la cellule C2, englobe la lumière 842 par laquelle l'oxygène produit est collecté avec l'air en tant que gaz drainant et extrait de l'empilement EHT.  The fifth 845 light of the other 84 of the intermediate plates is in fluid communication with the second 842 light of the same intermediate sheet 84 (Figure 8B). In other words, this fifth light 845 which constitutes the oxygen recovery chamber 02 produced at the anode 4.2 of the cell C2, includes the light 842 through which the oxygen produced is collected with the air as a draining gas. and extracted from the EHT stack.
La sixième lumière 846 de la tôle intermédiaire 84 est en communication fluidique avec la quatrième 844 lumière de cette même tôle intermédiaire 84 (figure 8B). Autrement dit, cette sixième lumière 846 qui constitue la chambre d'alimentation en air en tant que gaz drainant à l'anode 4.2 de la cellule C2, englobe la lumière 844 par laquelle l'air arrive.  The sixth light 846 of the intermediate plate 84 is in fluid communication with the fourth light 844 of the same intermediate plate 84 (FIG. 8B). In other words, this sixth light 846 which constitutes the air supply chamber as a draining gas at the anode 4.2 of the cell C2, includes the light 844 through which the air arrives.
La stratification et l'assemblage par soudure des cinq tôles 80, 81, 82, 83, 84 entre elles sont telles que:  The lamination and the assembly by welding of the five sheets 80, 81, 82, 83, 84 between them are such that:
•chacune des première à quatrième lumières 801 à 804, 811 à 814, 821 à 824, 831 à 834 de l'une des cinq tôles est en communication fluidique individuellement respectivement avec l'une des première à quatrième lumières 801 à 804, 811 à 814, 821 à 824, 831 à 834 correspondantes des quatre autres tôles,  Each of the first to fourth lumens 801 to 804, 811 to 814, 821 to 824, 831 to 834 of one of the five laminations is in fluid communication individually with one of the first to fourth lumens 801 to 804, 811 respectively. Corresponding 814, 821 to 824, 831 to 834 of the other four sheets,
«les cinquième 835, 845 et sixième 836, 846 lumières de chaque tôle intermédiaire 83, 84 sont en communication fluidique avec les cinquièmes 815 ou 825 lumières d'une des tôles d'extrémité 81 ou 82,  The fifth 835, 845 and sixth 836, 846 lights of each intermediate plate 83, 84 are in fluid communication with the fifth 815 or 825 lights of one of the end plates 81 or 82,
•les languettes 83L, 84L de chaque tôle intermédiaire 83, 84 sont en appui à la fois contre les parois séparant les cinquièmes lumières 815, 825 d'une des tôles d'extrémité 81, 82 et contre la partie centrale 800 non percée de la tôle centrale 80.  The tongues 83L, 84L of each intermediate plate 83, 84 bear against both the walls separating the fifth lumens 815, 825 from one of the end plates 81, 82 and against the central portion 800 which is not pierced by the central plate 80.
Dans un réacteur d'électrolyse à empilement de cellules d'électrolyse élémentaires de type SOEC selon l'invention, un empilement d'une pluralité d'interconnecteurs 8 agencés chacun entre deux cellules élémentaires adjacentes Cl, C2 est réalisé avec la première 81 tôle d'extrémité en contact électrique avec la cathode 2.1 de l'une Cl des deux cellules élémentaires et la deuxième 82 tôle d'extrémité en contact électrique avec l'anode 4.2 de l'autre C2 des deux cellules élémentaires. L'ensemble des cellules d'électrolyse est alimenté en série par le courant électrique et en parallèle par les gaz. In a stack electrolysis reactor of elementary electrolysis cells SOEC type according to the invention, a stack of a plurality interconnectors 8 each arranged between two adjacent elementary cells C1, C2 is made with the first end plate 81 in electrical contact with the cathode 2.1 of one Cl of the two elementary cells and the second end plate 82 in contact with electric with the anode 4.2 of the other C2 of the two elementary cells. The set of electrolysis cells is fed in series by the electric current and in parallel by the gases.
On décrit maintenant en référence à la figure 7, le procédé de fonctionnement d'un réacteur d'électrolyse selon l'invention tel qu'il vient d'être décrit:  With reference to FIG. 7, the method of operating an electrolysis reactor according to the invention as just described will now be described:
on alimente les premières 811, 831, 801, 841, 821, lumières en vapeur d'eau et simultanément les quatrièmes 814, 834, 804, 844, 824 lumières en un gaz drainant, tel que l'air,  the first 811, 831, 801, 841, 821, water vapor lights and at the same time the fourth 814, 834, 804, 844, 824 lights are fed into a draining gas, such as air,
on récupère l'hydrogène produit par l'électrolyse de la vapeur d'eau, dans les troisièmes 813, 833, 803, 843, 823 lumières et simultanément l'oxygène produit par l'électrolyse de la vapeur d'eau dans les deuxièmes 812, 832, 802, 842, 822 lumières.  the hydrogen produced by the electrolysis of the steam is recovered in the third 813, 833, 803, 843, 823 lumens and simultaneously the oxygen produced by the electrolysis of the water vapor in the second 812 , 832, 802, 842, 822 lights.
Les parcours respectivement de la vapeur d'eau injectée et de l'hydrogène produit et de l'air en tant que gaz drainant injecté et de l'oxygène produit en entrée et en sortie d'un interconnecteur 8 sont schématisés en pointillés sur la figure 7.  The paths respectively of the injected water vapor and of the hydrogen produced and of the air as the injected draining gas and the oxygen produced at the inlet and the outlet of an interconnector 8 are diagrammatically dashed in the figure. 7.
Un interconnecteur selon l'invention 8 est plus compact qu'un interconnecteur selon l'état de l'art. Typiquement, avec les dimensions données à titre d'exemple, l'épaisseur totale de interconnecteur 8 est de 1,4 mm. Pour des mêmes dimensions et performances de cellules, un interconnecteur 8 selon l'invention, tel que décrit en référence aux figures 7 à 8 E, nécessite une hauteur de chambre de distribution de la vapeur d'eau définie par l'épaisseur de la tôle d'extrémité 81, de l'ordre de 0,5 mm tandis que pour un interconnecteur 8 à plaques à canaux selon l'état de l'art, tel que décrit en référence à la figure 5, la hauteur requise est de l'ordre de 5mm.  An interconnector according to the invention 8 is more compact than an interconnector according to the state of the art. Typically, with the dimensions given by way of example, the total thickness of interconnector 8 is 1.4 mm. For the same dimensions and cell performance, an interconnector 8 according to the invention, as described with reference to FIGS. 7 to 8 E, requires a height of a water vapor distribution chamber defined by the thickness of the sheet. end of 81, of the order of 0.5 mm while for an interconnector 8 to channel plates according to the state of the art, as described with reference to Figure 5, the required height is from order of 5mm.
En outre, les avantages en termes de fabrication et de coût afférent procurés par l'invention sont nombreux :  In addition, the advantages in terms of manufacturing and related cost provided by the invention are numerous:
- une faible épaisseur de chacune des cinq tôles planes permet d'envisager un faible coût matière,  a small thickness of each of the five flat sheets makes it possible to envisage a low material cost,
- seuls trois types de tôles planes sont à fabriquer : tôle centrale 80, tôles intermédiaires 83, 84 et tôles d'extrémité 81, 82, - les tôles sont planes et n'ont donc pas à être mises en forme par emboutissage, usinage... , only three types of flat sheets are to be manufactured: central plate 80, intermediate plates 83, 84 and end plates 81, 82, - The sheets are flat and therefore do not have to be shaped by stamping, machining ...,
- les tôles peuvent être découpées par laser ou jet d'eau, procédés beaucoup plus économiques que l'usinage,  - the sheets can be cut by laser or water jet, processes much more economical than machining,
- l'assemblage des cinq tôles d'un interconnecteur entre elles peut être réalisé par soudage laser. Plusieurs de ces tôles, voir la totalité peuvent être soudées ensemble par transparence étant donné les faibles épaisseurs.  - The assembly of the five sheets of an interconnector between them can be achieved by laser welding. Several of these sheets, see all can be welded together by transparency given the low thicknesses.
Pour démontrer les avantages en fonctionnement d'un interconnecteur 8 selon l'invention comparativement à un interconnecteur à plaque canaux selon l'état de l'art, on a procédé à l'aide du logiciel du commerce FLUENT une simulation pour mesurer le niveau de courant de transfert et son homogénéité dans l'électrolyte d'une cellule d'électrolyse.  In order to demonstrate the operating advantages of an interconnector 8 according to the invention compared to a state-of-the-art channel plate interconnector, the commercial software FLUENT used a simulation to measure the level of transfer current and its homogeneity in the electrolyte of an electrolysis cell.
Les conditions de simulation sont rappelées ci-avant. On précise en outre que les dimensions des canaux de distribution en vapeur d'eau, à savoir leur hauteur et la largeur des parois les séparant sont les mêmes pour Γ interconnecteur selon l'invention et pour un interconnecteur à plaque à canaux selon l'état de l'art.  The simulation conditions are recalled above. It is furthermore specified that the dimensions of the water vapor distribution channels, namely their height and the width of the walls separating them, are the same for the interconnector according to the invention and for a channel plate interconnector according to the state. art.
Une résistance électrique de contact, égale à 5* 10"6 Q.m2 est appliquée entre un interconnecteur et la cellule d'électrolyse. An electrical contact resistance equal to 5 * 10 -6 Qm 2 is applied between an interconnector and the electrolysis cell.
Les résultats sont montrés en figure 9A pour un interconnecteur à plaque à canaux selon l'état de l'art et, en figure 9B pour un interconnecteur 8 selon l'invention.  The results are shown in FIG. 9A for a channel plate interconnector according to the state of the art and, in FIG. 9B for an interconnector 8 according to the invention.
Il ressort de cette simulation que sous une tension thermiquement neutre (1,298V), on obtient un courant égal à 88, 6A avec un interconnecteur 8 selon l'invention tandis qu'il est égal à 82,3 A avec un interconnecteur 8 selon l'état de l'art. Le gain sur la valeur du courant de transfert avec interconnecteur selon l'invention 8 est donc égal à plus de 7%.  It emerges from this simulation that under a thermally neutral voltage (1.298V), a current equal to 88.6A is obtained with an interconnector 8 according to the invention while it is equal to 82.3 A with an interconnector 8 according to the invention. 'state of the art. The gain on the value of the transfer current with interconnector according to the invention 8 is therefore equal to more than 7%.
En outre, comme cela ressort des figures 9A et 9B, le courant est beaucoup plus homogène avec un interconnecteur 8 selon l'invention. En effet, il varie entre une valeur de 0,577 A/cm2 et une valeur de 1, 1 A/cm2 avec un interconnecteur 8 selon l'invention tandis qu'il varie entre 0,087 A/cm2 et 1.17 A/cm2 avec un interconnecteur 8 selon l'état de l'art. L' interconnecteur 8 selon l'invention qui vient d'être décrit peut tout à fait être utilisé dans une pile à combustible SOFC. Le procédé de fonctionnement d'une telle pile à combustible SOFC est réalisé de la manière suivante: In addition, as is apparent from Figures 9A and 9B, the current is much more homogeneous with an interconnector 8 according to the invention. Indeed, it varies between a value of 0.577 A / cm 2 and a value of 1.1 A / cm 2 with an interconnector 8 according to the invention while it varies between 0.087 A / cm 2 and 1.17 A / cm 2 with an interconnector 8 according to the state of the art. The interconnector 8 according to the invention which has just been described can be used in a SOFC fuel cell. The operating method of such a SOFC fuel cell is carried out as follows:
- on alimente les premières 811, 831, 801, 841, 821 lumières en air et simultanément les quatrièmes 814, 834, 804, 844, 824 lumières en hydrogène H2,  the first 811, 831, 801, 841, 821 lights are supplied with air and at the same time the fourth 814, 834, 804, 844, 824 H2 hydrogen lights,
- on récupère l'hydrogène produit, dans les troisièmes 813, 833, 803, 843, 823 lumières et simultanément l'hydrogène non utilisé dans les deuxièmes 812, 832, 802, 842, 822 lumières.  the hydrogen produced is recovered in the third 813, 833, 803, 843, 823 lumens and simultaneously the hydrogen not used in the second 812, 832, 802, 842, 822 lumens.
L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits ; on peut notamment combiner entre elles des caractéristiques des exemples illustrés au sein de variantes non illustrées. The invention is not limited to the examples which have just been described; it is possible in particular to combine with one another characteristics of the illustrated examples within non-illustrated variants.
Références citées References cited
[l].Xiango Li, International Journal of hydrogen Energy 30 (2005) pp 359- 371.  [1] Liang Li, International Journal of Hydrogen Energy (2005) pp 359-371.
[2] .M. Petitjean, M. Reytier, A. Chatroux, L. Bruguiere, A. Mansuy, H. Sassoulas, S. Di Iorio, B. Morel, J. Mougin, "Performance and Durability of High Température Steam Electrolysis: From Single Cell to Short-Stack Scale", ECS Transactions, 35 (1) (2011) pp 2905-2913.  [2] .M. Petitjean, M. Reytier, A. Chatroux, L. Bruguiere, Mansuy A., Sassoulas S, Di Morio S., Morel B, Mougin J., "Performance and Durability of High Temperature Steam Electrolysis: From Single Cell to Short -Stack Scale ", ECS Transactions, 35 (1) (2011) pp 2905-2913.
[3]. Sune Dalgaard Ebbesen, Jens Etogh, Karsten Agersted Nielsen, Jens Ulrik Nielsen, Mogens Mogensen, "Durable SOC stacks for production of hydrogen and synthesis gas by high température electrolysis", International journal of hydrogen energy 36 ( 2011 ) pp 7363-7373.  [3]. Sune Dalgaard Ebbesen, Jens Etogh, Karsten Agersted Nielsen, Jens Ulrik Nielsen, Mogens Mogensen, "Sustainable SOC stacks for hydrogen production and synthesis gas by high temperature electrolysis", International newspaper of hydrogen energy 36 (2011) pp 7363-7373.
[4].K. Foger, J.G. Love, "Review Fifteen years of SOFC development in Australie^, Solid State Ionics 174 (2004) pp 119-126.  [4] .K. Foger, J. G. Love, "Review Fifteen Years of SOFC Development in Australia", Solid State Ionics 174 (2004) pp 119-126.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (8) formant un interconnecteur électrique et fluidique pour un réacteur d'électrolyse à haute température de la vapeur d'eau (EHT) ou pour une pile à combustible SOFC, le dispositif consistant en cinq tôles planes (80, 81, 82, 83, 84, 85) allongées selon deux axes de symétrie (X, Y) orthogonaux entre eux, avec les deux tôles d'extrémité (81, 82) identiques entre elles et avec les deux tôles intermédiaires (83,84), agencées chacune entre une tôle d'extrémité et la tôle centrale, identiques entre elles, l'une (81) des tôles d'extrémité étant destinée à venir en contact mécanique avec le plan d'une cathode (2.1) d'une cellule (Cl) électrochimique élémentaire et l'autre (82) des tôles d'extrémité étant destinée à venir en contact mécanique avec le plan d'une anode (4.2) d'une cellule (C2) électrochimique élémentaire adjacente, chacune des deux cellules électrochimiques élémentaires adjacentes, de type à oxydes solides (SOEC), étant formée d'une cathode (2), d'une anode (4), et d'un électrolyte (3) intercalé entre la cathode et l'anode, dispositif dans lequel :  Apparatus (8) forming an electrical and fluidic interconnector for a high temperature steam electrolysis (EHT) reactor or for a SOFC fuel cell, the device consisting of five planar plates (80, 81, 82, 83, 84, 85) elongated along two axes of symmetry (X, Y) orthogonal to each other, with the two end plates (81, 82) identical to each other and to the two intermediate plates (83, 84), each arranged between an end plate and the central plate, identical to one another, one (81) of the end plates being intended to come into mechanical contact with the plane of a cathode (2.1) of a cell ( C1) electrochemical element and the other (82) of the end plates being intended to come into mechanical contact with the plane of an anode (4.2) of an adjacent elementary electrochemical cell (C2), each of the two elementary electrochemical cells adjacent, of the solid oxide type (SOEC), being formed of a cathode (2), an anode (4), and an electrolyte (3) interposed between the cathode and the anode, wherein:
- chacune des cinq tôles planes (80, 81, 82, 83, 84, 85) est percée, aux quatre coins de sa partie centrale, de quatre lumières, dites première à quatrième lumières des tôles (801 à 804 ; 811 à 814 ; 821 à 824 ; 831 à 834 ; 841 à 844); les premières (801, 811, 821, 831, 841) et deuxièmes (802, 812, 822, 832, 842) lumières étant disposées de part et d'autre de l'axe X et du même côté par rapport à l'axe Y, tandis que les troisièmes (803, 813, 823, 833, 843) et quatrièmes (804, 814, 824, 834, 844) lumières sont disposées de part et d'autre de l'axe X et du même côté par rapport à l'axe Y, opposé à celui dans lequel sont disposées les premières et quatrièmes lumières et que les premières et quatrièmes lumières sont disposées de part et d'autre de l'axe Y et du même côté par rapport à l'axe X ;  - Each of the five flat sheets (80, 81, 82, 83, 84, 85) is pierced at the four corners of its central portion, four lights, said first to fourth lights sheets (801 to 804, 811 to 814; 821-824; 831-834; 841-844); the first (801, 811, 821, 831, 841) and second (802, 812, 822, 832, 842) lights being disposed on either side of the X axis and on the same side with respect to the axis Y, while the third (803, 813, 823, 833, 843) and fourth (804, 814, 824, 834, 844) lights are arranged on either side of the X axis and on the same side relative to to the Y axis, opposite to that in which are arranged the first and fourth lights and the first and fourth lights are arranged on either side of the Y axis and the same side relative to the X axis;
- la tôle centrale (80) comporte une partie centrale (800) non percée ;  - The central plate (80) has a central portion (800) not pierced;
les deux tôles d'extrémités (81, 82) comportent chacune une partie centrale percée d'une pluralité de lumières, dites cinquièmes lumières (815, 825) de tôle d'extrémité, allongées sur une longueur correspondant sensiblement à la longueur de la partie centrale selon l'un X des axes;  the two end plates (81, 82) each comprise a central portion pierced with a plurality of lights, said fifth lights (815, 825) of end plate, elongated over a length substantially corresponding to the length of the portion central according to the X axis;
- les deux tôles intermédiaires (83, 84) comportent chacune deux parties percées chacune d'une lumière allongée sur une longueur correspondant sensiblement à la longueur de la partie centrale selon l'autre Y des axes, les deux lumières de chacune des tôles intermédiaires, dite cinquième (835, 845) et sixième (836, 846) lumières de tôle intermédiaire, comportant des languettes de tôles (83L, 84L) espacées les unes des autres en formant un peigne, the two intermediate plates (83, 84) each comprise two parts each pierced by an elongated light along a length substantially corresponding to the length of the central portion along the other axis Y, the two lights of each of intermediate plates, said fifth (835, 845) and sixth (836, 846) intermediate sheet lights, comprising plate tongues (83L, 84L) spaced apart from each other forming a comb,
la cinquième lumière (835) de l'une des tôles intermédiaires (83) est en communication fluidique avec la première (831) lumière de ladite une (81) des tôles intermédiaires et la sixième lumière (836) de ladite une (83) des tôles intermédiaires est en communication fluidique avec la troisième (833) lumière de ladite une (83) tôles intermédiaires, tandis que la cinquième (845) lumière de l'autre (84) des tôles intermédiaires est en communication fluidique avec la deuxième (842) lumière de ladite autre (84) des tôles intermédiaires et la sixième lumière (846) de ladite autre des tôles intermédiaires est en communication fluidique avec la quatrième (844) lumière de ladite autre des tôles intermédiaires,  the fifth lumen (835) of one of the intermediate plates (83) is in fluid communication with the first (831) lumen of said one (81) of the intermediate plates and the sixth lumen (836) of said one (83) of the intermediate plates is in fluid communication with the third (833) lumen of said one (83) intermediate plates, while the fifth (845) lumen of the other (84) of the intermediate plates is in fluid communication with the second (842) light from said other (84) of the intermediate plates and the sixth light (846) of said other of the intermediate plates is in fluid communication with the fourth (844) light of said other of the intermediate plates,
et dans lequel les cinq tôles (80, 81, 82, 83, 84) sont stratifiées et assemblées entre elles telles que:  and wherein the five sheets (80, 81, 82, 83, 84) are laminated and joined together such that:
• chacune des première à quatrième lumières (801 à 804, 811 à 814, 821 à 824, 831 à 834) de l'une des cinq tôles est en communication fluidique individuellement respectivement avec l'une des première à quatrième lumières (801 à 804, 811 à 814, 821 à 824, 831 à 834) correspondantes des quatre autres tôles,  Each of the first to fourth lumens (801 to 804, 811 to 814, 821 to 824, 831 to 834) of one of the five laminations is individually in fluid communication with one of the first to fourth lumens (801 to 804, respectively). , 811 to 814, 821 to 824, 831 to 834) of the other four sheets,
• les cinquième (835, 845) et sixième (836, 846) lumières de chaque tôle intermédiaire (83, 84) sont en communication fluidique avec les cinquièmes (815 ou 825) lumières d'une des tôles d'extrémité (81 ou 82),  The fifth (835, 845) and sixth (836, 846) lumens of each intermediate plate (83, 84) are in fluid communication with the fifth (815 or 825) lumens of one of the end plates (81 or 82) )
• les languettes (83L, 84L) de chaque tôle intermédiaire (83, 84) sont en appui à la fois contre les parois séparant les cinquièmes lumières (815, 825) d'une des tôles d'extrémité (81, 82) et contre la partie centrale (800) non percée de la tôle centrale (80).  The tongues (83L, 84L) of each intermediate plate (83, 84) rest against the walls separating the fifth lumens (815, 825) from one of the end plates (81, 82) and against the central portion (800) not pierced by the central plate (80).
2. Interconnecteur électrique et fluidique selon la revendication 1, dans lequel les cinquièmes lumières (815, 825) des tôles d'extrémité (81, 82) sont de forme droite délimitant des canaux rectilignes.  2. Electrical and fluidic interconnector according to claim 1, wherein the fifth lights (815, 825) of the end plates (81, 82) are of straight form delimiting straight channels.
3. Interconnecteur électrique et fluidique selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel les cinq tôles sont assemblées entre elles par soudure ou par brasure. 3. electrical and fluidic interconnector according to one of claims 1 or 2, wherein the five sheets are assembled together by welding or brazing.
4. Interconnecteur électrique et fluidique selon l'une des revendications 4 à 7, dans lequel les cinq tôles sont en acier ferritique à environ 20% de chrome, de préférence en CROFER® 22APU ou le FT18TNb, à base Nickel de type Inconel® 600 ou Haynes®. 4. electrical and fluidic interconnector according to one of claims 4 to 7, wherein the five sheets are ferritic steel with about 20% chromium, preferably CROFER® 22APU or FT18TNb, nickel-based Inconel® 600 type or Haynes®.
5. Interconnecteur électrique et fluidique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chacune des cinq tôles (80, 81, 82, 83, 84) a une épaisseur comprise entre 0,1 et 1mm.  5. electrical and fluidic interconnector according to one of the preceding claims, wherein each of the five sheets (80, 81, 82, 83, 84) has a thickness between 0.1 and 1mm.
6. Interconnecteur électrique et fluidique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la tôle centrale (80) a une épaisseur comprise entre 0, 1 et 0,5 mm.  6. Electrical and fluidic interconnector according to one of the preceding claims, wherein the central plate (80) has a thickness between 0.1 and 0.5 mm.
7. Interconnecteur électrique et fluidique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque tôle d'extrémité (81, 82) a une épaisseur comprise entre 7. electrical and fluidic interconnector according to one of the preceding claims, wherein each end plate (81, 82) has a thickness between
0,1 et 0,5 mm. 0.1 and 0.5 mm.
8. Interconnecteur électrique et fluidique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque tôle intermédiaire (83, 84) a une épaisseur comprise entre 0,5 et 1 mm.  8. Electrical and fluidic interconnector according to one of the preceding claims, wherein each intermediate sheet (83, 84) has a thickness between 0.5 and 1 mm.
9. Interconnecteur électrique et fluidique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la largeur unitaire d'un canal défini par une cinquième lumière d'une tôle d'extrémité est comprise entre 0, 15 et 5 mm.  9. Electrical and fluidic interconnector according to one of the preceding claims, wherein the unit width of a channel defined by a fifth light of an end plate is between 0.15 and 5 mm.
10. Interconnecteur électrique et fluidique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la largeur unitaire d'un canal défini entre deux languettes consécutives d'une tôle intermédiaires est comprise entre 5 et 10 mm.  10. Electrical and fluidic interconnector according to one of the preceding claims, wherein the unit width of a channel defined between two consecutive tongues of an intermediate sheet is between 5 and 10 mm.
11. Réacteur d'électrolyse comportant un empilement de cellules d'électrolyse (Cl, C2) élémentaires de type SOEC formées chacune d'une cathode (2.1, 2.2..), d'une anode (4.1, 4.2) et d'un électrolyte (3.1, 3.2) intercalé entre la cathode et l'anode, et une pluralité d'interconnecteurs (8) électrique et fluidique selon l'une des revendications 1 à 10, agencés chacun entre deux cellules élémentaires adjacentes avec l'une (81) des tôles d'extrémité en contact électrique avec la cathode (2.1) de l'une des deux cellules (Cl) élémentaires et l'autre (82) des tôles d'extrémité en contact électrique avec l'anode (4.2) de l'autre (C2) des deux cellules élémentaires.  11. Electrolysis reactor comprising a stack of elementary electrolysis cells (C1, C2) SOEC type each formed of a cathode (2.1, 2.2 ..), an anode (4.1, 4.2) and a electrolyte (3.1, 3.2) interposed between the cathode and the anode, and a plurality of electrical and fluidic interconnectors (8) according to one of claims 1 to 10, each arranged between two adjacent elementary cells with one (81). ) end plates in electrical contact with the cathode (2.1) of one of the two elementary cells (C1) and the other (82) of the end plates in electrical contact with the anode (4.2) of the other (C2) of the two elementary cells.
12. Procédé de fonctionnement d'un réacteur d'électrolyse selon la revendication 11, selon lequel : - on alimente les premières (811, 831, 801, 841, 821) lumières en vapeur d'eau et simultanément les quatrièmes (814, 834, 804, 844, 824) lumières en un gaz drainant, tel que l'air, 12. The method of operating an electrolysis reactor according to claim 11, wherein: the first (811, 831, 801, 841, 821) lights are supplied with water vapor and simultaneously the fourth (814, 834, 804, 844, 824) lights with a draining gas, such as air,
- on récupère l'hydrogène produit par l'électrolyse de la vapeur d'eau, dans les troisièmes (813, 833, 803, 843, 823) lumières et simultanément l'oxygène produit par l'électrolyse de la vapeur d'eau dans les deuxièmes (812, 832, 802, 842, 822) lumières.  the hydrogen produced by the electrolysis of the water vapor is recovered in the third (813, 833, 803, 843, 823) lumens and simultaneously the oxygen produced by the electrolysis of the water vapor in the second (812, 832, 802, 842, 822) lights.
13. Pile à combustible SOFC comportant un empilement de cellules électrochimiques (Cl, C2) élémentaires de type SOEC formées chacune d'une cathode 13. SOFC fuel cell comprising a stack of elementary electrochemical cells (C1, C2) SOEC type each formed of a cathode
(2.1, 2.2..), d'une anode (4.1, 4.2) et d'un électrolyte (3.1, 3.2) intercalé entre la cathode et l'anode, et une pluralité d'interconnecteurs (8) électrique et fluidique selon l'une des revendications 1 à 10, agencés chacun entre deux cellules élémentaires adjacentes avec l'une (81) des tôles d'extrémité en contact électrique avec la cathode (2.1) de l'une des deux cellules (Cl) élémentaires et l'autre (82) des tôles d'extrémité en contact électrique avec l'anode (4.2) de l'autre (C2) des deux cellules élémentaires. (2.1, 2.2 ..), an anode (4.1, 4.2) and an electrolyte (3.1, 3.2) interposed between the cathode and the anode, and a plurality of electrical and fluidic interconnectors (8) according to the one of claims 1 to 10, each arranged between two adjacent elementary cells with one (81) of the end plates in electrical contact with the cathode (2.1) of one of the two elementary cells (C1) and the another (82) end plates in electrical contact with the anode (4.2) of the other (C2) of the two elementary cells.
14. Procédé de fonctionnement d'une pile à combustible SOFC selon la revendication 13, selon lequel :  The method of operating an SOFC fuel cell according to claim 13, wherein:
- on alimente les premières (81 1, 831, 801, 841, 821) lumières en air et simultanément les quatrièmes (814, 834, 804, 844, 824) lumières en hydrogène H2,  the first (81 1, 831, 801, 841, 821) lights are supplied with air and at the same time the fourth (814, 834, 804, 844, 824) H2 hydrogen lights,
- on récupère l'hydrogène produit, dans les troisièmes (813, 833, 803, 843, 823) lumières et simultanément l'hydrogène non utilisé dans les deuxièmes (812, 832, the hydrogen produced is recovered in the third (813, 833, 803, 843, 823) lumens and simultaneously the hydrogen not used in the second (812, 832,
802, 842, 822) lumières. 802, 842, 822) lights.
PCT/IB2014/067402 2014-01-02 2014-12-30 Electric and fluid interconnector for an hte electrolyser or sofc fuel cell WO2015101924A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1450014 2014-01-02
FR1450014A FR3016084A1 (en) 2014-01-02 2014-01-02 ELECTRICAL AND FLUIDIC INTERCONNECTOR FOR EHT ELECTROLYSET OR SOFC FUEL CELL

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015101924A1 true WO2015101924A1 (en) 2015-07-09

Family

ID=50549076

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/IB2014/067402 WO2015101924A1 (en) 2014-01-02 2014-12-30 Electric and fluid interconnector for an hte electrolyser or sofc fuel cell

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3016084A1 (en)
WO (1) WO2015101924A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180094356A1 (en) * 2016-10-05 2018-04-05 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Gas diffusion device and electrochemical hydrogen pump

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3040061B1 (en) 2015-08-12 2017-09-08 Commissariat Energie Atomique METHODS OF (CO) ELECTROLYSIS OF WATER (SOEC) OR PRODUCTION OF HIGH TEMPERATURE ELECTRICITY WITH LOW THERMAL GRADIENTS WITH RESPECT TO A REACTOR OR A FUEL CELL (SOFC)
US10581106B2 (en) * 2016-09-30 2020-03-03 Cummins Enterprise Llc Interconnect for an internally-manifolded solid oxide fuel cell stack; and related methods and power systems
FR3127640B1 (en) * 2021-09-29 2023-10-27 Commissariat Energie Atomique Interconnector for stacking SOEC/SOFC type solid oxide cells with optimized geometry tabs

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1306914A1 (en) * 2000-07-31 2003-05-02 Sony Corporation Electric energy generating element
WO2007105072A2 (en) * 2006-03-15 2007-09-20 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell
WO2008023755A1 (en) * 2006-08-23 2008-02-28 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Bipolar plate member, bipolar plate layered body, cell structure, and solid polymer fuel cell
WO2013164639A1 (en) * 2012-05-03 2013-11-07 Imperial Innovations Limited Fuel cell

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1306914A1 (en) * 2000-07-31 2003-05-02 Sony Corporation Electric energy generating element
WO2007105072A2 (en) * 2006-03-15 2007-09-20 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell
WO2008023755A1 (en) * 2006-08-23 2008-02-28 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Bipolar plate member, bipolar plate layered body, cell structure, and solid polymer fuel cell
WO2013164639A1 (en) * 2012-05-03 2013-11-07 Imperial Innovations Limited Fuel cell

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
K. FOGER; J.G. LOVE: "Review Fifteen years of SOFC development in Australia", SOLID STATE IONICS, vol. 174, 2004, pages 119 - 126
M. PETITJEAN; M. REYTIER; A. CHATROUX; L. BRUGUIERE; A. MANSUY; H. SASSOULAS; S. DI IORIO; B. MOREL; J. MOUGIN: "Performance and Durability of High Temperature Steam Electrolysis: From Single Cell to Short-Stack Scale", ECS TRANSACTIONS, vol. 35, no. 1, 2011, pages 2905 - 2913
SUNE DALGAARD EBBESEN; JENS HOGH; KARSTEN AGERSTED NIELSEN; JENS ULRIK NIELSEN; MOGENS MOGENSEN: "Durable SOC stacks for production of hydrogen and synthesis gas by high temperature electrolysis", INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY, vol. 36, 2011, pages 7363 - 7373
XIANGO LI, INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY, vol. 30, 2005, pages 359 - 371

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180094356A1 (en) * 2016-10-05 2018-04-05 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Gas diffusion device and electrochemical hydrogen pump
JP2018059181A (en) * 2016-10-05 2018-04-12 パナソニックIpマネジメント株式会社 Gas diffusion device and electrochemical type hydrogen pump
US10544514B2 (en) * 2016-10-05 2020-01-28 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Gas diffusion device and electrochemical hydrogen pump

Also Published As

Publication number Publication date
FR3016084A1 (en) 2015-07-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2936595B1 (en) Sealing frame providing electric insulation for a water electrolysis reactor (soec) or a fuel cell (sofc)
EP3183379B1 (en) Method for high-temperature electrolysis or co-electrolysis, method for producing electricity by means of an sofc fuel cell, and associated interconnectors, reactors and operating methods
CA2992130C (en) Methods for (co)electrolysis of water (soec) or for producing electricity at a high temperature with exchangers incorporated as stages of a reactor stack (hte) or a fuel cell (sofc)
EP3516718B1 (en) Methods for co-electrolysis of water and co2 (soec) or for high-temperature electricity generation (sofc) optionally promoting catalytic reactions inside the h2 electrode
WO2015101924A1 (en) Electric and fluid interconnector for an hte electrolyser or sofc fuel cell
EP3516721B1 (en) Water electrolysis reactor (soec) or fuel cell (sofc) with an increased rate of water vapour use or fuel use, respectively
EP2721199B1 (en) Easily produced interconnecting module for a high-temperature water electrolysis device
EP3335264B1 (en) Process of (co-)electrolysis of water or electricity production at high temperature, with low thermal gradients, inside an electrochemical reactor (soec) or a fuel cell (sofc) respectively
WO2023052721A1 (en) Interconnector for a stack of solid oxide cells of the soec/sofc type, having different relief elements
CA3233399A1 (en) Interconnector for a stack of solid soec/sofc-type oxide cells having tabs with optimised geometry
EP4315462A1 (en) Method for producing a soec/sofc-type solid oxide stack, and associated stack
EP4249640A1 (en) System for conditioning a plurality of stacked high temperature soec/sofc-type solid oxide cell sub-stacks
FR3090214A1 (en) Clamping plate for water electrolysis or co-electrolysis reactor (SOEC) or fuel cell (SOEFC), Associated manufacturing method
FR3001232A1 (en) METHOD OF MAKING AN INTERCONNECTOR MODULE FOR A HIGH TEMPERATURE WATER ELECTROLYSIS DEVICE OR SOFC.

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14836977

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14836977

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1