FR3148500A1 - Cellule d’électrolyse - Google Patents

Abstract

Cellule d’électrolyse Cellule d’électrolyse d’eau à membrane électrolytique polymère PEM pour la production d’hydrogène, comprenant une membrane d’échange protonique 11, un compartiment d’anode 12 en contact avec la membrane, un compartiment de cathode 13 en contact avec la membrane d’échange protonique 11, et une première plaque 6 conductrice en contact avec le compartiment d’anode 12 et une deuxième plaque 7 conductrice en contact avec le compartiment de cathode 13, la membrane d’échange protonique 11, le compartiment d’anode 12 et le compartiment de cathode 13 étant maintenus serrés entre la première plaque 6 et la deuxième plaque 7 conductrices, lesdites première et deuxième plaques 6, 7 conductrices étant monopolaires, ladite cellule 1 comprenant un bâti 8 périphérique fixé aux première et deuxième plaques 6, 7 conductrices et maintenant serrées lesdites première et deuxième plaques 6, 7 conductrices, le bâti 8 comprenant au moins deux ouvertures débouchant dans le compartiment d’anode 12 et dans deux canaux 20 respectifs et au moins deux ouvertures débouchant dans le compartiment de cathode 13 et dans deux autres canaux 20 respectifs, les canaux 20 étant parallèles.

Description

Cellule d’électrolyse

L’invention concerne le domaine de l’électrolyse, notamment pour la production d’hydrogène.

L’invention concerne une cellule d’électrolyse et une installation d’électrolyse à plusieurs cellules empilées.

Pour produire industriellement de l'hydrogène de manière décentralisée et écologique, l'électrolyse de l'eau est préférée au reformage. Les dispositifs électrolyseurs actuels comprennent une pluralité de cellules électrochimiques, alimentées en eau, et comprenant chacune une paire d'électrodes. Pour des raisons de coût et d'encombrement notamment, les cellules sont généralement plates et regroupées en un ou plusieurs empilements,"stack"en anglais, de sorte que deux cellules superposées présentent à chaque fois une électrode commune.

Pour diminuer les coûts, liés notamment à la fabrication et au fonctionnement des empilements, on cherche d'une manière générale à maximiser le nombre de cellules par empilement. En appliquant un courant continu entre l'anode et la cathode de chaque cellule, au moyen d'un générateur dont la tension de sortie peut être réglable, on provoque la réaction d'électrolyse de l'eau. Du dihydrogène H₂et du dioxygène O₂sont ainsi produits.

Il a été proposé des joints qui permettent d'empiler un grand nombre de cellules, par exemple jusqu'à 300 cellules. Les cellules sont capables de supporter des forces de serrage importantes et des pressions internes d'environ 45 bars. De tels joints sont par exemple décrits dans WO 2015/004378.

Lorsque de tels joints sont utilisés sous des pressions encore plus élevées et/ou avec des différences de pression importantes entre deux compartiments d'une même cellule, des déformations peuvent apparaître. En outre, les joints montés par paire pour chaque cellule, nécessitent un assemblage minutieux de la cellule sous peine de dysfonctionner.

FR3062856 propose une entretoise pour caler les plaques bipolaires et la membrane de la cellule.

La Demanderesse a cherché à augmenter le facteur de charge d’une installation d’électrolyse à plusieurs cellules empilées.

L’invention vient améliorer la situation.

L’invention propose une cellule d’électrolyse d’eau à membrane électrolytique polymère PEM pour la production d’hydrogène, comprenant une membrane d’échange protonique, un compartiment d’anode en contact avec la membrane, un compartiment de cathode en contact avec la membrane d’échange protonique, et une première plaque conductrice en contact avec le compartiment d’anode et une deuxième plaque conductrice en contact avec le compartiment de cathode, caractérisée en ce que la membrane d’échange protonique, le compartiment d’anode et le compartiment de cathode sont maintenus serrés entre la première plaque et la deuxième plaque conductrices. Les première et deuxième plaques conductrices sont monopolaires. La cellule comprend un bâti périphérique fixé aux première et deuxième plaques conductrices et maintenant serrées les première et deuxième plaques conductrices. Le bâti comprend au moins deux ouvertures débouchant dans le compartiment d’anode et dans deux canaux respectifs et au moins deux ouvertures débouchant dans le compartiment de cathode et dans deux autres canaux respectifs. Les canaux sont parallèles. Grâce à l’invention, chaque cellule présente une indépendance constructive permettant un démontage individuel. Ainsi, une cellule parmi un empilement de cellules peut être retirée tout en conservant l’intégrité mécanique des autres cellules de l’empilement de cellules. En outre, chaque cellule est manipulable individuellement. Chaque cellule peut être testée individuellement.

Dans un mode de réalisation, les première et deuxième plaques conductrices présentent des surfaces parallèles, opposées entre elles et opposées au bâti. Le contact électrique peut être établi entre des cellules adjacentes.

Dans un mode de réalisation, le bâti est réalisé dans un matériau isolant. Les première et deuxième plaques conductrices sont isolées électriquement l’une de l’autre.

Dans un mode de réalisation, les première et deuxième plaques conductrices sont fixées au bâti. La cellule conserve son intégrité lorsqu’elle est en dehors d’un empilement de cellules.

Dans un mode de réalisation, au moins quatre ouvertures de communication sont ménagées dans chacune desdites première et deuxième plaques conductrices en communication avec lesdits canaux respectifs. L’augmentation du nombre d’ouvertures de communication augmente le rendement des cellules et leur durée de vie. La rigidité de l’empilement est améliorée. L’alignement est facilité.

Dans un mode de réalisation, la première plaque conductrice est réalisée dans un matériau choisi parmi le titane, l’aluminium, l’acier doux revêtu, le cuivre revêtu, l’inox revêtu le zirconium, le niobium, le tantale, le tungstène ou un de leurs alliages et la deuxième plaque conductrice est réalisée dans un matériau choisi parmi le titane, l’aluminium, l’acier doux revêtu, le cuivre revêtu, l’inox revêtu, le zirconium, le niobium, le tantale, le tungstène ou un de leurs alliages, ou un matériau carboné comme le graphite, le revêtement des matériaux revêtus étant en carbure de chrome ou en carbure de titane. Les performances de la cellule sont améliorées et sa réalisation facilitée.

Dans un mode de réalisation, les canaux sont perpendiculaires aux ouvertures de communication. L’encombrement est réduit et l’empilement optimisé. Cela augmente la densité de puissance de l’empilement.

Dans un mode de réalisation, une pluralité de premiers perçages de fixation sont ménagés dans les première et deuxième plaques conductrices en regard du bâti et une pluralité de saillies venues de matière avec le bâti comprenant un corps traversant les premiers perçages de fixation des première et deuxième plaques conductrices et une tête de diamètre supérieur au diamètre du corps, fixant ainsi les première et deuxième plaques conductrices au bâti. Le maintien des plaques monopolaires est uniforme sur la périphérie de la cellule. La tenue mécanique est améliorée et la résistance à la pression interne est optimisée. Le montage des plaques monopolaires est facilité.

Dans un mode de réalisation, une pluralité de deuxièmes perçages sont ménagés dans lesdites première et deuxième plaques conductrices en regard du bâti, lesdits deuxièmes perçages présentant un diamètre supérieur au diamètre desdites têtes, lesdits deuxièmes perçages étant alternés avec les premiers perçages de fixation. Les saillies d’une cellule de rang précédent ou suivant dans un empilement viennent se loger dans les deuxièmes perçages. Les deuxièmes perçages d’une cellule de rang précédent ou suivant dans un empilement logent les saillies de la cellule considérée.

Dans un mode de réalisation, le bâti présente un redan de positionnement de la membrane d’échange protonique, le compartiment d’anode comprend deux couches de transport poreuses de porosités différentes, le compartiment de cathode comprend deux couches de transport poreuses de porosités différentes. Le redan permet un positionnement précis de la membrane d’échange protonique et de maîtriser la frontière entre le compartiment de cathode et le compartiment d’anode.

Dans un mode de réalisation, les première et deuxième plaques conductrices présentent une étanchéité avec le bâti. L’étanchéité entre le bâti et les plaques monopolaires assure le bon écoulement de l’eau et des gaz dans les cavités appropriées. Le risque d’introduction d’impuretés et de poussières à l’intérieur des cellules est réduit.

Dans un mode de réalisation, une installation d’électrolyse d’eau pour la production d’hydrogène comprend un empilement d’une pluralité de cellules et présentent des canaux alignés, la première plaque conductrice d’une des cellules étant en contact de la deuxième plaque conductrice d’une autre desdites cellules. L’installation est démontable, cellule par cellule, sur le lieu de production de l’hydrogène. Un retour en usine de l’installation est évité. Une cellule défectueuse peut être renvoyée en usine tandis que les autres cellules, recomplétées ou non par une cellule de remplacement, peuvent être remises en service. La durée d’un arrêt de production est largement diminuée. L’installation reste en place.

Dans un mode de réalisation, un procédé de maintenance d’un dispositif d’électrolyse d’eau comprend le desserrage d’un empilement d’une pluralité de cellules, le retrait d’au moins une cellule d’électrolyse de l’empilement d’une pluralité de cellules et le resserrage de l’empilement. La maintenance selon laquelle les cellules défectueuses peuvent être remplacées sans porter atteinte à l’intégrité du dispositif permet d’éviter un retour en usine pour effectuer une réparation du dispositif d’électrolyse

Dans un mode de réalisation, avant le resserrage de l’empilement, au moins une cellule d’électrolyse est insérée en remplacement d’au moins une cellule d’électrolyse retirée. La puissance est conservée.

Dans un mode de réalisation, l’assemblage d’une cellule d’électrolyse, le test de la cellule d’électrolyse, et, si le test est satisfaisant, le montage de la cellule d’électrolyse dans un empilement d’une pluralité de cellules sont réalisés. On réduit le risque d’avoir à démonter un empilement complet s’avérant défectueux en fin de fabrication.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels :

illustre de façon schématique une cellule d’électrolyse d’eau en vue de dessus.

illustre de façon schématique une cellule d’électrolyse d’eau en vue éclatée.

illustre de façon schématique en perspective et en coupe une cellule d’électrolyse d’eau.

illustre de façon schématique et en coupe, un agrandissement de la au niveau des compartiments d’anode et de cathode.

illustre le bâti d’une cellule d’électrolyse d’eau en vue de dessus équipé de joints.

illustre le bâti d’une cellule d’électrolyse d’eau en vue de dessous.

est une vue de détail en coupe d’une cellule d’électrolyse.

est une vue en coupe d’un empilement de trois cellules d’électrolyse.

illustre le bâti d’une cellule d’électrolyse équipé d’un joint.

illustre une vue en coupe d’un empilement de deux cellules d’électrolyse.

illustre une cellule d’électrolyse en vue de dessus, côté anodique.

illustre une vue de détail d’une cellule d’électrolyse en vue de dessus, côté anodique.

Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l’invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.

Les figures représentent une cellule d’électrolyse d’eau selon un aspect de l’invention.

WO2019228616 donne un exemple d’empilement de cellules d’électrolyse serrées ensemble par des boulons.

WO2014060198 donne un exemple d’empilement mixte de cellules de pile à combustible et de super capacités.

La Demanderesse a observé qu’en fin de production d’un empilement, un test d’un empilement produisant un résultat non satisfaisant impliquait le démontage, l’identification du défaut, puis le remontage de l’empilement.

Lors de l’utilisation, le démontage pour maintenance de tels empilements était effectué lors d’un retour en usine et s’avérait fastidieux et onéreux. La production était interrompue pour une durée de quelques jours à quelques semaines.

Dans les deux cas, le démontage suivi du remontage provoque des déplacements des pièces des autres cellules et génère des risques d’encrassement ou d’introduction d’éléments indésirables. Un environnement contrôlé et un recalage soigneux étaient alors requis.

La Demanderesse a alors mis au point des cellules indépendantes mécaniquement et formant un sous ensemble manipulable et suffisamment protégé. Un empilement de telles cellules est démontable sur le lieu de production d’hydrogène en préservant l’intégrité des cellules. A cet effet, les cellules sont pourvues de plaques monopolaires.

Dans la suite, les termes"anode", "cathode"et leurs dérivés sont utilisés conformément à ce qui est représenté sur les figures. Néanmoins, les structures d'électrolyseur proposées peuvent fonctionner de manière inversée par rapport à ce qui est représenté. Par exemple, en inversant la polarisation et en échangeant les affectations des entrées et sorties de fluide, le compartiment anodique peut devenir le compartiment cathodique et inversement. Toutefois, les matériaux sont optimisés pour l’anode d’une part, pour la cathode d’autre part.

Les cellules d’électrolyse comprennent une pluralité de plaques bipolaires, cf WO2019228616. Les plaques bipolaires ont pour fonction la collecte du courant, la distribution et la séparation des gaz à l’anode et à la cathode. Les plaques bipolaires sont réalisées dans un matériau possédant une conductivité électrique élevée et une perméabilité aux gaz inférieure à celle de la membrane d’échange protonique. Les plaques bipolaires possèdent une bonne inertie chimique. Les plaques bipolaires sont généralement réalisées en titane. Le premier côté de la plaque joue le rôle d’anode d’une première cellule et le deuxième côté joue le rôle de cathode de la deuxième cellule adjacente.

Les gaz sont issus d’une électrolyse de l’eau, à savoir du dioxygène et du dihydrogène.

La Demanderesse a cherché à augmenter le taux de charge d’une installation à cellules d’électrolyse empilées. La Demanderesse a observé un accroissement des besoins de maintenance des installations existantes. Par ailleurs, la demande d’hydrogène est croissante, d’où une puissance unitaire des installations également croissante. Actuellement, il existe des installations de quelques MW.

En cas de défaut d’une installation, il est procédé à son démontage, à l’identification de l’élément défectueux, à son remplacement et au remontage. La durée d’arrêt est de quelques jours à quelques semaines.

La Demanderesse a conçu et mis au point une cellule à plaques monopolaires à serrage interne. Chaque cellule comporte ses plaques polaires propres. Lesdites plaques polaires propres sont prévues pour entrer en contact électrique avec les cellules adjacentes par leurs plaques polaires propres. Chaque cellule est rivetée. Le rivetage assure le maintien en place des composants de la cellule en l’absence de serrage externe. La cellule peut être manipulée et testée.

Les plaques polaires sont des plaques monopolaires.

L’aspect électrochimique d’un empilement d’électrolyse d’eau est illustré sur la du brevet FR3062856.

Comme illustré sur la , la cellule d’électrolyse d’eau 1 est de forme rectangulaire avec deux grands côtés 4 en longueur, deux petits côtés 5 en largeur, une première surface 2 et une deuxième surface 3. Les première surface 2 et deuxième surface 3 sont parallèles et opposées. La cellule 1 d’électrolyse présente une épaisseur faible de la première surface 2 à la deuxième surface 3, au moins d’un facteur dix, préférablement d’un facteur cent, par rapport à la longueur des petits côtés 5.

La cellule 1 comprend une première plaque 6 monopolaire formant la première surface 2 et une deuxième plaque 7 monopolaire formant la deuxième surface 3. Les première et deuxième plaques 6, 7 monopolaires sont conductrices.

Dans un mode de réalisation, les plaques sont monopolaires et identiques.

Entre la première plaque 6 monopolaire et la deuxième plaque 7 monopolaire, la cellule 1 comprend un bâti 8 ayant les mêmes longueur et largeur que les plaques monopolaires. Le bâti 8 comprend un corps 9. Le corps 9 du bâti 8 présente une forme de cadre avec une cavité 10. La cavité 10 est rectangulaire. La cavité 10 est centrale. La cavité 10 est traversante. Le corps 9 du bâti 8 présente une épaisseur inférieure ou égale à la distance entre les plaques monopolaires. Le corps 9 du bâti 8 présente une épaisseur inférieure à l’épaisseur du bâti 8. Le bâti 8 est réalisé en matière isolante.

En variante, les dimensions des plaques 6, 7 monopolaires peuvent différer de celles du bâti 8.

La cellule 1 comprend une membrane d’échange protonique, ou membrane PEM pour« proton exchange membrane »en anglais. La membrane d’échange protonique 11 est montée dans la cavité 10 du corps 9 du bâti 8. La membrane d’échange protonique 11 est disposée à distance des plaques monopolaires. La membrane d’échange protonique 11 épouse le bord de la cavité 10, soit la périphérie intérieure du corps. La membrane d’échange protonique 11 couvre la surface de la cavité 10. Le contact de la membrane d’échange protonique 11 et du corps 9 du bâti 8 est étanche.

La membrane d’échange protonique 11 forme au sein de la cellule 1, deux compartiments distincts, un compartiment de cathode 13 et un compartiment d’anode 12. Le compartiment d’anode 12 est délimité selon deux plans parallèles par la membrane d’échange protonique 11 et la première plaque 6 monopolaire, et la périphérie intérieure du corps. Le compartiment de cathode 13 est délimité selon deux plans parallèles par la membrane d’échange protonique 11 et la deuxième plaque 7 monopolaire, et la périphérie intérieure du corps.

Dans le mode de réalisation illustré, le compartiment d’anode 12 loge au moins une couche de transport poreuse 14 d’anode. Dans le mode de réalisation illustré, le compartiment de cathode 13 loge au moins une couche de transport poreuse 114 de cathode.

La couche de transport poreuse 14 d’anode ou la couche de transport poreuse 114 de cathode est comprimée entre la membrane d’échange protonique 11 et la première ou la deuxième plaque monopolaire. La couche de transport poreuse 14 d’anode ou la couche de transport poreuse 114 de cathode est configurée pour appuyer sur la majeure partie de la membrane d’échange protonique 11. La couche de transport poreuse 14 d’anode ou la couche de transport poreuse 114 de cathode assure un maintien uniforme de la membrane d’échange protonique 11. La rigidité des couches de transport poreuses 14, 114 assurent une planéité de la membrane, spécialement lorsque la différence de pression entre le compartiment d’anode 12 et le compartiment de cathode 13 est élevée.

Dans un mode de réalisation, le positionnement et le maintien de la membrane d’échange protonique 11 peuvent être réalisés à l’aide d’un redan 15 ménagé sur le corps 9 du bâti 8. Le redan 15 peut présenter une surface annulaire radiale pour la membrane d’échange protonique 11.

Dans le mode de réalisation illustré, au moins une entretoise poreuse 16 peut être disposée entre la couche de transport poreuse 14 et la première plaque 6 monopolaire et au moins une entretoise poreuse 16 peut être disposée entre la couche de transport poreuse 14 et la deuxième plaque 7 monopolaire. L’entretoise poreuse 16 améliore la diffusion de l’eau sur la surface active de la membrane d’échange protonique 11.

Les matériaux des pièces du compartiment d’anode 12 résistent aux environnements acides et oxydants. Les matériaux des pièces du compartiment de cathode 13 résistent aux environnements acides et réducteurs. Les matériaux des pièces du compartiment de cathode 13 résistent au phénomène d’hydruration par l’hydrogène.

Les première et deuxième plaques 6, 7 monopolaires peuvent être réalisées indépendamment dans un matériau conducteur choisi parmi le titane, l’aluminium, l’acier doux revêtu, le cuivre revêtu, l’inox revêtu, le zirconium, le niobium, le tantale, le tungstène ou un de leurs alliages.

Le revêtement peut comprendre du CrC ou du TiC ou un mélange des deux. Le revêtement protège les surfaces en contact avec les fluides. Le revêtement en CrC et/ou TiC améliore la résistance.

Ainsi, l’utilisation d’un revêtement en CrC et/ou en TiC permet de réduire l’utilisation du titane. Or, en plus de son coût élevé, la réalisation de pièces en titane s’avère complexe.

D’autre part, l’approvisionnement en titane est complexe du fait de la rareté du matériau.

Les couches de transport poreuses 14 des compartiments d’anode 12 et les couches de transport poreuses 114 des compartiments de cathode 13 peuvent présenter des épaisseurs différentes comprises entre 0,5 et 3 mm. Les couches de transport poreuses 14 des compartiments d’anode 12 peuvent être réalisées dans un matériau conducteur résistant aux milieux acides et oxydants comme le titane. Les couches de transport poreuses 114 des compartiments de cathode 13 peuvent être réalisées dans un matériau conducteur résistants aux milieux acides et réducteurs comme le carbone ou le titane. Les couches de transport poreuses 14 des compartiments d’anode 12 présentent une porosité comprise entre 20% et 70%. Les couches de transport poreuses 114 des compartiments de cathode 13 peuvent présenter des porosités comprises entre 20% et 70%.

Les entretoises poreuses 16 des compartiments d’anode 12 et les entretoises poreuses 116 des compartiments de cathode 13 peuvent présenter des épaisseurs différentes comprises entre 0.5 et 3 mm. Les entretoises poreuses 16 des compartiments d’anode 12 peuvent être réalisées dans un matériau conducteur résistant aux milieux acides et oxydants comme le titane. Les entretoises poreuses 116 des compartiments de cathode 13 peuvent être réalisées dans un matériau conducteur résistants aux milieux acides et réducteurs comme le carbone ou le titane. Les entretoises poreuses 16 des compartiments d’anode 12 présentent une porosité comprise entre 30% et 80%. Les entretoises poreuses 116 des compartiments de cathode 13 présentent une porosité comprise entre 30% et 80%.

Dans un autre mode de réalisation, les plaques 6, 7 monopolaires sont différentes. La plaque monopolaire de cathode 7 peut être réalisée en titane ou alliage de titane, ou dans un matériaux graphite dense, pour éviter la diffusion d’hydrogène à travers la plaque 7 monopolaire. Un mélange graphite et métal peut être envisagé. La plaque monopolaire d’anode 6 peut être réalisée en titane ou un autre matériau conducteur comme du cuivre ou de l’aluminium ou un alliage cuivreux ou alumineux. Un matériau ayant une conductivité électrique élevée sera préféré. La plaque monopolaire d’anode 6 ne peut pas être réalisée en graphite. Un contact entre une plaque 6 monopolaire en métal et une plaque 7 monopolaire en graphite est possible

Parallèlement aux petits côtés 5 de chaque plaque monopolaire, deux rangées d’ouvertures 17 sont ménagées dans chaque plaque 6, 7 monopolaire. Les ouvertures 17 de plaque sont, ici, rectangulaires. Les ouvertures 17 de plaque présentent un contour fermé.Les rangées d’ouvertures 17 de plaque 6, 7 sont distantes l’une de l’autre et voisines des petits côtés 5 respectivement. Les ouvertures 17 de plaque 6, 7 sont traversantes dans l’épaisseur de chaque plaque 6, 7 monopolaire. Dans le mode de réalisation de la , cinq ouvertures 17 de plaque 6, 7 sont prévues par rangée. A travers lesdites ouvertures 17 de plaque 6, 7, circulent l’eau et les gaz générés par l’électrolyse. Entre les deux rangées d’ouvertures 17 de plaque 6, 7, est formée une surface rectangulaire 18 plane et pleine. Ladite surface rectangulaire 18 forme un capot étanche. Ladite surface rectangulaire 18 forme un terminal électrique de cellule 1. La cavité 10 présente une longueur et une largeur inférieure à la longueur et la largeur de ladite surface rectangulaire 18. Les ouvertures 17 de plaque présentent un bord fermé.

Parallèlement aux petits côtés 5 du corps 9 du bâti 8, deux rangées d’ouvertures 19 sont ménagées dans le corps 9 du bâti 8. Les ouvertures 19 présentent une forme en arche à l’opposé de la cavité 10 et un segment droit en regard de la cavité 10. Les rangées d’ouvertures 19 sont distantes l’une de l’autre et voisines des petits côtés 5 respectivement. Les ouvertures 19 sont formées à distance de la cavité 10. Les ouvertures 19 sont formées à distance des petits côtés 5. Les ouvertures 19 sont traversantes dans l’épaisseur du corps. Dans le mode de réalisation de la , cinq ouvertures 2 sont prévues par rangée. A travers lesdites ouvertures 19, circulent l’eau et les gaz générés par l’électrolyse. Les ouvertures 19 présentent un bord fermé. Les ouvertures 19 sont traversantes.

Au sein d’une rangée d’ouvertures 19 du corps, au moins une ouverture du corps 9 du bâti 8 est en communication avec le compartiment d’anode 12 par au moins un canal 20. Ici, ledit canal 20 est plan. Le canal 20 présente une dimension selon la largeur du bâti 8 supérieure à sa dimension selon la longueur du bâti 8. Le canal 20 présente une dimension selon l’épaisseur du bâti 8 inférieure à l’épaisseur du corps. Le canal 20 est ouvert sur une des plaques monopolaires. Le canal 20 est défini sur trois côtés par le corps. Le canal 20 est ouvert à ses extrémités vers la cavité 10 et vers ladite ouverture du corps. Les canaux 20 sont perpendiculaires aux ouvertures 19 de communication.

Au sein d’une rangée d’ouvertures 19 du corps, au moins une ouverture 19 du corps 9 du bâti 8 est en communication avec le compartiment de cathode 13 par au moins un canal 20. Ici, ledit canal 20 est plan. Le canal 20 présente une dimension selon la largeur du bâti 8 supérieure à sa dimension selon la longueur du bâti 8. Le canal 20 présente une dimension selon l’épaisseur du bâti 8 inférieure à l’épaisseur du corps. Le canal 20 est ouvert sur une des plaques monopolaires. Le canal 20 est défini sur trois côtés par le corps. Le canal 20 est ouvert à ses extrémités vers la cavité 10 et vers ladite ouverture du corps. Le bâti 8 présente autant d’ouvertures de communication 19 que la plaque monopolaire. Chaque ouverture du corps 9 du bâti 8 est disposée en vis-à-vis d’une ouverture de ladite plaque monopolaire. Chaque canal 20 est sécant avec une ouverture 19.

Pour chaque compartiment d’anode 12 ou de cathode 13, les ouvertures de communication 19 situées d’un côté de la cavité 10 sont des ouvertures d’alimentation 21. Les ouvertures de communication 19 situées de l’autre côté de la cavité 10 sont des ouvertures d’évacuation 22.

Les canaux 20 sont réalisés dans le bâti 8. Les canaux 20 relient les ouvertures de communication 19 et les compartiments d’anode ou de cathode. Afin d’optimiser les écoulements d’eau et de gaz, sur une rangée d’ouvertures 19 de communication, les canaux 20 débouchent alternativement dans les compartiments d’anode et de cathode 12, 13. Dans le mode de réalisation représenté, les canaux 20 vers le compartiment de cathode 13 et les canaux 20 vers le compartiment d’anode 12 présentent une forme identique.

Les canaux situés entre les ouvertures d’alimentation 21 et les compartiments d’anode 12 sont des canaux d’alimentation 37. Les canaux situés entre les ouvertures d’alimentation 21 et les compartiments de cathode 13 sont des canaux d’alimentation 37. Les canaux situés entre les ouvertures d’évacuation 22 et les compartiments d’anode 12 sont des canaux d’évacuation 38. Les canaux situés entre les ouvertures d’évacuation 22 et les compartiments de cathode 13 sont des canaux d’évacuation 38.

Les ouvertures 19 sont en communication avec les ouvertures 17 de plaque.

Les ouvertures 19 du corps sont inscrites dans les ouvertures 17 de plaques. Les bords des ouvertures 17 de plaque et les bords des ouvertures 19 du corps peuvent comprendre une partie tangente à l’autre, à savoir la partie se trouvant au débouché des canaux 20.Le reste du bord des ouvertures 17 de plaque se trouve à distance du reste du bord des ouvertures 19 du corps. Le périmètre de chaque ouverture 19 du corps est inférieur au périmètre des ouvertures 17 de plaque.

Chaque ouverture 19 présente un périmètre inscrit dans le périmètre de l’ouverture 17 correspondante des première et deuxième plaques 6, 7 monopolaires.

Dans un mode réalisation, chaque plaque 6, 7 monopolaire comprend une seule ouverture 17 par côté. Chaque rangée d’ouvertures 19 est à l’intérieur de chacune des ouvertures 17.

Dans le mode de réalisation représenté, les ouvertures 17 présentent une forme rectangulaire. Les ouvertures 17 présentent une surface supérieure aux ouvertures 19. Les ouvertures 19 sont incluses dans les ouvertures 17.

La forme rectangulaire facilite la production des plaques 6, 7 monopolaires et réduit la quantité de titane nécessaire pour produire les plaques 6, 7 monopolaires.

Dans un mode de réalisation non représenté, les plaques 6, 7 monopolaires présentent une forme polygonale. Les plaques 6, 7 monopolaires sont pourvues d’au moins deux ouvertures 17 opposées. Chaque ouverture 17 est en communication avec au moins deux ouvertures 19 du bâti. Dans ce mode de réalisation, le bâti 8 est également de forme polygonale.

A travers les plaques 6, 7 monopolaires, sont ménagés des premiers perçages 23 et des deuxièmes perçages 24. Les premiers perçages 23 et les deuxièmes perçages 24 sont traversants. Les premiers perçages 23 et les deuxièmes perçages 24 sont alternés. Les premiers perçages 23 sont plus petits que les deuxièmes perçages 24. Les premiers perçages 23 et les deuxièmes perçages 24 sont disposés le long des grands côtés 4 et des petits côtés 5. Les premiers perçages 23 et les deuxièmes perçages 24 présentent des centres définissant un rectangle. Les premiers perçages 23 et les deuxièmes perçages 24 présentent des centres à distance constante des grands côtés 4 et des petits côtés 5. Une partie des premiers perçages 23 et des deuxièmes perçages 24 sont disposés entre les petits côtés 5 et les ouvertures 19 de communication.

Les premiers perçages 23 et les deuxièmes perçages 24 sont, ici, circulaires. Chaque premier perçage 23 est, ici, équidistant des deuxièmes perçages 24 voisins. Chaque premier perçage 23 est, ici, équidistant des premiers perçages 23 les plus proches.

Chaque plaque 6, 7 monopolaire est fixée au bâti 8 par des saillies 25 formant rivets. Les saillies 25 sont venues de matière avec le corps. Les saillies 25 présentent un corps de saillie 26 et une tête. La tête est plus large que le corps de saillie 26. Les corps de saillie 26 passent par les premiers perçages 23. Les têtes viennent dépasser de la plaque 6, 7 monopolaire. Ici, le diamètre des corps de saillie 26 est égal au diamètre des premiers perçages 23.

Dans un autre mode de réalisation, la fixation des plaques 6, 7 monopolaires sont vissées sur le bâti 8 par des éléments de fixations. Les éléments de fixations sont en matière isolante ou sont isolés électriquement dans le cas où lesdits éléments de fixations sont en contact électrique avec les plaques 6, 7 monopolaires. Les éléments de fixations en prise dans une des plaques 6, 7 monopolaires et le bâti 8, tout en étant à distance de l’autre des plaques 6, 7, peuvent être réalisés en matériau conducteur, le bâti 8 étant en matière isolante. Les éléments de fixations peuvent comprendre des vis.

Les plaques 6, 7 monopolaires peuvent être montés sur des glissières en matière isolante.

Un collage des plaques 6, 7 monopolaires sur le bâti 8 peut être réalisé.

Les saillies 25 présentent une surface annulaire en contact avec la première surface 2 de la cellule, formée par la première plaque 6 monopolaire, ou face extérieure de la première plaque 6 monopolaire.

La somme des épaisseurs de la membrane d’échange protonique 11 et des couches de transport poreuses 14 est supérieure à la distance entre les première et deuxième plaques 6, 7 monopolaires. Ainsi, un effort de compression des membranes est assuré par les première et deuxième plaques 6, 7 monopolaires. L’effort de compression possède une direction normale à la surface principale des première et deuxième plaques 6, 7 monopolaires. L’effort de compression est orienté vers l’intérieur de la cellule 1. Les première et deuxième plaques 6, 7 monopolaires sont maintenues en place selon ladite direction normale par les faces intérieures des têtes de saillie 27 du bâti 8. Les première et deuxième plaques 6, 7 monopolaires sont maintenues en place dans le plan de la surface principale des première et deuxième plaques 6, 7 monopolaires par les corps de saillie 26 du bâti 8.

Ainsi, les composants de la cellule 1 sont montés serrés entre les têtes de saillie 27 du bâti 8. Le bâti 8 résiste à la pression interne des cellules engendrée par la circulation de l’eau et la compression des composants. Le rivetage des première et deuxième plaques 6, 7 monopolaires peut se faire par déformation plastique à chaud des saillies 25 par exemple.

Les têtes de saillies dépassent des première et deuxième plaques 6, 7 monopolaires. Ensuite, les cellules 1 sont empilées les unes à la suite des autres, la deuxième plaque 7 monopolaire d’une cellule 1 est en contact avec la première plaque 6 monopolaire d’une cellule 1 voisine. La première plaque 6 monopolaire de ladite cellule 1 est en contact avec la deuxième plaque 7 monopolaire d’une autre cellule 1 voisine. Les deuxièmes perçages 24 de la deuxième plaque 7 monopolaire de ladite cellule 1 servent de logement pour les têtes de saillie 27 dépassant de la première plaque 6 monopolaire de la cellule 1 voisine. Les deuxièmes perçages 24 de la première plaque 6 monopolaire de ladite cellule 1 servent de logement pour les têtes de saillie 27 dépassant de la deuxième plaque 7 monopolaire de l’autre cellule 1 voisine. Le contact électrique entre une cellule 1 et les deux cellules 1 voisines est assuré.

Les saillies 25 d’une cellule 1 sont décalées par rapport aux saillies 25 d’une cellule 1 voisine. A cette fin, les saillies 25 de la première surface 2 d’une cellule 1 et les saillies 25 de la deuxième surface 3 de ladite cellule 1 sont décalées. Les premiers perçages 23 de la première plaque 6 monopolaire et les premiers perçages 23 de la deuxième plaque 7 monopolaire sont décalés. Les deuxièmes perçages 24 de la première plaque 6 monopolaire et les deuxièmes perçages 24 de la deuxième plaque 7 monopolaire sont décalés. Un empilement de cellules 1 identiques peut être réalisé.

Les première et deuxième plaques 6, 7 monopolaires présentent une répartition de perçages inversée, cf . Les première et deuxième plaques 6, 7 monopolaires sont distinctes. La première plaque 6 monopolaire est fixée d’un côté du corps 9 du bâti 8 alors que la deuxième plaque 7 monopolaire est fixée du côté opposé du corps 9 du bâti 8.

Dans un mode de réalisation non représenté, les première et deuxième plaques 6, 7 monopolaires sont identiques. Des premiers perçages 23 sont disposés selon une diagonale tandis que des deuxièmes perçages 24 sont disposés selon l’autre diagonale. Des premiers et deuxièmes perçages 24 sont disposés de manière à avoir des plaques se montant des deux côtés du bâti 8 en retournant l’une des plaques 6, 7 monopolaire par rapport à l’autre. Par construction, il existe un détrompeur qui empêche un mauvais montage. En variante, une cellule 1 hexagonale est prévue.

Dans un autre mode de réalisation non représenté, la cellule 1 est de forme circulaire. Les première et deuxième plaques 6, 7 monopolaires sont alors identiques.

Des joints 28 sont disposés sur la périphérie de chaque ouverture 19. Des joints 48 sont disposés autour de la cavité 10 rectangulaire du bâti 8 et d’au moins une ouverture 19. Les joints 28 et 48 sont installés de chaque côté du bâti 8. Les joints 28 et 48 présentent des contours fermés.

Les joints 28 présentent deux surfaces planes opposées. Les joints 28 sont disposés à l’intérieur du bord des ouvertures 17. Les joints 28 sont symétriques par symétrie centrale. Les joints 28 sont logés dans des gorges de joint ménagées dans le corps 9 du bâti 8, cf. Figures 2 et 3. Une des surfaces planes opposées d’un joint 28 est en contact avec un fond de la gorge et l’autre des surfaces planes opposées est en saillie hors de la gorge. Les joints 28 sont en saillie par rapport au corps 9 du bâti 8. Les joints 28 sont en saillie par rapport aux première et deuxième plaques 6, 7 monopolaires correspondantes.

Les joints 28 comprennent une première partie 39 et une deuxième partie 40, cf . La première partie 39 est rectiligne. La première partie 39 est logée dans une gorge ménagée dans le corps 9 du bâti 8 à l’opposé du canal 20 par rapport à un plan transversal du bâti 8 dans le sens de l’épaisseur. La première partie 39 présente une section rectangulaire. La première partie 39 est proximale du compartiment d’anode 12 et la deuxième partie 40 est distale du compartiment d’anode 12. La deuxième partie 40 présente une section rectangulaire. La deuxième partie 40. Ici, la deuxième partie 40 est arrondie. Dans un mode de réalisation, la section de la première partie 39 est plus large que la section de la deuxième partie 40.

Dans un mode de réalisation non représenté, le joint 28 épouse le bord d’une des ouvertures 17. Ainsi, le joint 28 protège le bord de l’ouverture 17 de plaque.

Dans un mode de réalisation, le joint 28 est voisin du bord d’une des ouvertures 19. En effet, pour réduire les pertes de charge, il est intéressant d’avoir des joints 28 proches du bord des ouvertures 19 du bâti 8. Cela permet d’éviter d’avoir des zones de stagnation de l’eau entre le bâti 8 et les plaques 6, 7 monopolaires.

Les gorges sont ménagées dans des surépaisseurs du bâti 8 en saillie par rapport au corps, à partir d’un sommet plan des surépaisseurs. Une des surépaisseurs est située à l’intérieur de chaque ouverture 17 et affleure une des ouvertures 19. Ladite surépaisseur affleure une surface intérieure de l’une des plaques 6, 7 monopolaire ou forme une saillie sur une partie de l’épaisseur de la plaque 6, 7 monopolaire. Les gorges sont délimitées par une nervure intérieure et une nervure extérieure. Les nervures intérieures et les nervures extérieures forment ledit sommet plan. Les nervures intérieures et les nervures extérieures présentent une largeur constante. Les gorges sont de largeur constante. Les gorges sont de profondeur constante. Les gorges forment un contour fermé.

Les joints 28 sont au nombre d’un par ouverture 19. Les joints 28 sont répartis par moitié de chaque côté du bâti 8.

Les joints 48 sont au nombre de deux, un de chaque côté du bâti 8. L’un des joints 48 assure l’étanchéité du compartiment d’anode 12 et l’autre des joints 48 assure l’étanchéité du compartiment de cathode 13. Les joints 48 présentent une épaisseur constante. Les joints 48 présentent ici une section rectangulaire. Les joints 48 comprennent une première portion, au moins une deuxième portion et une paire de rampes de liaison par deuxième portion. Les rampes de liaison joignent la première portion et la deuxième portion.

La première portion présente deux surfaces planes opposées. Les deuxièmes portions présentent deux surfaces planes opposées. Chaque paire de rampes de liaison présente deux surfaces planes opposées.

La première portion ou portion principale est disposée autour de la cavité 10. La première portion présente une forme générale rectangulaire discontinue. La discontinuité de la forme générale rectangulaire coïncide avec les canaux 20. Côté cathode, la discontinuité de la forme générale rectangulaire coïncide avec les canaux 20 communiquant avec le compartiment de cathode. Côté anode, la discontinuité de la forme générale rectangulaire coïncide avec les canaux 20 communiquant avec le compartiment d’anode.

La première portion est serrée entre le corps de bâti et l’une des première et deuxième plaques 6, 7. La première portion est logée dans des gorges de joint ménagées dans le corps 9 du bâti 8. Une des surfaces planes opposées d’un joint 28 est en contact avec un fond de la gorge et l’autre des surfaces planes opposées est en contact avec l’une des première et deuxième plaques 6, 7. Les joints 28 sont en saillie par rapport au corps 9 du bâti 8 avant montage des première et deuxième plaques 6, 7.

Les gorges sont ménagées dans des surépaisseurs du bâti en saillie par rapport au corps, à partir d’un sommet plan des surépaisseurs. Les surépaisseurs sont situées autour de la cavité 10. Les surépaisseurs affleurent la cavité 10. Les surépaisseurs sont disposées entre les plaques 6, 7 monopolaires. Les surépaisseurs sont disposées d’un côté et de l’autre du corps de bâti. Les gorges sont délimitées par une nervure intérieure et une nervure extérieure. Les nervures intérieures et les nervures extérieures forment ledit sommet plan. Les nervures intérieures et les nervures extérieures présentent une largeur constante. Les gorges sont de largeur constante. Les gorges sont de profondeur constante. Les gorges forment un contour discontinu.

Les deuxièmes portions des joints 48 sont disposées à l’intérieur du bord des ouvertures 17. Les deuxièmes portions des joints 48 sont symétriques par symétrie centrale. Les deuxièmes portions des joints 48 sont logées dans des gorges de joint ménagées dans le corps 9 du bâti 8, cf. Figures 2 et 3. Une des surfaces planes opposées des deuxièmes portions des joints 48 est en contact avec un fond de la gorge et l’autre des surfaces planes opposées est en saillie hors de la gorge. Les deuxièmes portions des joints 48 présentent ici une section rectangulaire. Les deuxièmes portions des joints 48 sont en saillie par rapport au corps 9 du bâti 8. Les deuxièmes portions des joints 48 sont en saillie par rapport aux première et deuxième plaques 6, 7 monopolaires correspondantes.

Les deuxièmes portions des joints 48 présentent un contour discontinu. La discontinuité du contour coïncide avec les canaux 20 communiquant avec le compartiment soit de cathode, soit d’anode. Pour le reste, les deuxièmes portions des joints 48 sont identiques aux joints 28.

Dans un mode de réalisation non représenté, les deuxièmes portions des joints 48 épousent le bord d’une des ouvertures 17 à l’exception du côté orienté vers les canaux 20. Ainsi, les deuxièmes portions des joints 48 protègent le bord de l’ouverture 17 de plaque.

Dans un mode de réalisation, les deuxièmes portions des joints 48 sont voisines du bord d’une des ouvertures 19. En effet, pour réduire les pertes de charge, il est intéressant d’avoir des deuxièmes portions des joints 48 proches du bord des ouvertures 19 du bâti 8. Cela permet d’éviter d’avoir des zones de stagnation de l’eau entre le bâti 8 et les plaques 6, 7 monopolaires.

Les gorges sont ménagées dans des surépaisseurs du bâti comme les gorges des joints 28. Les gorges et les surépaisseurs sont interrompues au droit du canal 20. Ici, les gorges et les surépaisseurs présentent une forme générale de demi-cercle.

Les deuxièmes portions des deux joints 48 au nombre d’une par ouverture 19. Les deuxièmes portions des deux joints 48 sont réparties par moitié de chaque côté du bâti 8. Les deuxièmes portions des deux joints 48 sont alternées avec les joints 28. En vis-à-vis de chaque deuxième portion de joint 48 se trouve un des joints 28. Dans un plan, entre deux joints 28 se trouve une des deuxièmes portions de joint 48. Dans ledit plan, entre deux deuxièmes portions de joint 48 se trouve un des joints 28.

Les deuxièmes portions des deux joints 48 se situent à l’intérieur des ouvertures des plaques 6, 7 monopolaires et à l’extérieur des bords des ouvertures 19.

Dans les ouvertures 17 de plaque, les joints 28 et les deuxièmes portions des joint 48 du côté du compartiment d’anode s’étendent au-delà de la première surface 2 de la cellule et jusqu’au bâti 8. Les joints 28 et les deuxièmes portions des joints 48 du côté du compartiment de cathode s’étendent au-delà de la deuxième surface 3 de la cellule et jusqu’au bâti 8.

Les paires de rampes de liaison comprennent deux segments de joint. Les paires de rampes de liaison relient la première portion aux deuxièmes portions. Les rampes de liaison sont orientées longitudinalement. Les rampes de liaison sont, en projection dans le plan des deuxièmes portions des joints 48, tangentes aux deuxièmes portions des joints 48. Les rampes de liaison sont, en projection dans le plan de la première portion des joints 48, perpendiculaires à la première portion des joints 48 laquelle s’étend transversalement au voisinage desdites rampes de liaison. En partant de la première portion des joints 48, les rampes de liaison s’éloignent du corps de bâti, dans le sens de l’épaisseur de la cellule. Les rampes de liaison présentent une pente constante.

Les compartiments d’anode et de cathode sont étanches. Les communications entre le compartiment d’anode 12 et l’extérieur de la cellule 1 d’une part, et le compartiment de cathode 13 et l’extérieur de la cellule 1 d’autre part, sont formées par les canaux 20. Le risque d’introduction d’impuretés et de poussières est réduit. Les joints 28 permettent de compenser les tolérances cumulées de montage. L’épaisseur du corps 9 du bâti 8 est inférieure ou égale à la distance entre les plaques 6, 7 monopolaires. Les joints 28 sont montés entre le bâti 8 et les plaques 6, 7 monopolaires. Lors du montage, les joints 28 sont comprimés. Le taux de compression des joints varie en fonction des tolérances cumulées de montage dans une plage de taux de compression dudit joint.

Dans une mode de réalisation illustré en , les joints 28 et le joint 48 sont réalisés d’une seule pièce en un joint 58. Ledit joint 58 comprend l’union des joints 28 et du joint 48 et une partie de joint supplémentaire entre chaque première partie 39 des joints 28 et la deuxième portion du joint 48. La partie de joint supplémentaire est orientée selon la largeur du bâti 8. Les parties de joint supplémentaire relie les joints 28 et le joint 48.

Côté anodique, illustré en , les ouvertures 17 comprennent des ouvertures 171 appartenant à des conduites d’alimentation 30 de cathode, des ouvertures 172 appartenant à des conduites d’alimentation 30 d’anode, des ouvertures 173 appartenant à des conduites d’évacuation 31 de cathode, et des ouvertures 174 appartenant à des conduites d’évacuation 31 d’anode.

Les ouvertures 171 et 173 de la plaque 6 disposées face aux joints 28 présentent une largeur supérieure aux ouvertures 172 et 174 disposées face au joint 48. Ainsi, les joints 28 sont intégralement contenus à l’intérieur des ouvertures 171 et 173. La différence de largeur entre les ouvertures 171 et 173 et les ouvertures 172 et 174 est au moins égale à la largeur de la première partie 39 du joint 28, cf .

Une fois montées, les premières parties 39 des joints 28 se retrouvent en contact avec la plaque 7 de la cellule voisine.

Lors de l’assemblage de deux cellules, les deuxièmes portions d’un des joints 48 d’une des cellules entrent en contact avec les deuxièmes parties 40 des joints 28 de l’autre des cellules et les deuxièmes portions d’un des joints 48 de l’autre des cellules entrent en contact avec les deuxièmes parties 40 des joints 28 de ladite des cellules. Les premières parties 39 des joints 28 d’une des cellules entrent en contact avec la plaque 7 de l’autre des cellules et les premières parties 39 des joints 28 de l’autre des cellules entrent en contact avec la plaque 7 monopolaire de ladite des cellules comme illustré sur la .

Comme les joints 28 et les deuxièmes portions des joints 48 dépassent des plaques 6, 7 monopolaires, les joints 28 et les deuxièmes portions des joints 48 sont comprimés lors du serrage de deux cellules, participant ainsi à l’étanchéité des ouvertures 19.

Un joint de membrane 29 est disposé dans une gorge sur le redan 15 de positionnement de la membrane protonique 11. La gorge du joint 29 forme un contour continu. Le joint 29 présente une épaisseur constante. Le joint 29 présente ici une section rectangulaire. Le joint de membrane 29 permet l’étanchéité entre le compartiment d’anode 12 et le compartiment de cathode 13. Le joint de membrane 29 est continu.

Un joint 68 est disposé sur la périphérie de la cellule. Le joint 68 présente deux surfaces planes opposées. Le joint 68 est logé dans une gorge de joint ménagée dans une surépaisseur du corps 9 du bâti 8, cf. Figures 2 et 3. Une des surfaces planes opposées d’un joint 68 est en contact avec un fond de la gorge et l’autre des surfaces planes opposées est en saillie hors de la gorge. Les joints 68 présentent ici une section rectangulaire. Le joint 68 est en saillie par rapport au corps 9 du bâti 8.

Un dispositif d’électrolyse d’eau comprend un empilement 35 de cellules 1 d’électrolyse, deux plaques d’alimentation électrique 33, des brides de serrage 32, des tirants de serrage 36 et des plaques isolantes 34. Les cellules 1 d’électrolyse sont empilées dans le même sens, par exemple cathodes orientées dans un sens de la direction d’empilement et anodes orientées dans le sens opposé de la direction d’empilement.

Dans un autre mode de réalisation, les plaques isolantes 34 sont remplacées par un revêtement isolant sur les faces extérieures des plaques d’alimentation électriques 33, les faces extérieures étant à l’opposé des faces en contact avec les cellules 1.

Les cellules 1 sont empilées avec une première plaque 6 monopolaire d’une cellule 1 de rang n en contact avec la deuxième plaque 7 monopolaire d’une cellule 1 de rang n+1 et la deuxième plaque 7 monopolaire de la cellule 1 de rang n en contact avec la première plaque 6 monopolaire d’une cellule 1 de rang n-1. Aux extrémités de l’empilement, la première plaque 6 monopolaire de la cellule 1 de rang 1 et la deuxième plaque 7 monopolaire de la cellule 1 de rang maximal.

Dans un même empilement 35, toutes les cellules 1 sont identiques. L’ordre des cellules 1 dans un empilement 35 est indifférent. Ainsi une cellule défectueuse peut être remplacée aisément.

Le sens de montage des cellules 1 les unes entre elles est imposé par la disposition des saillies 25 du bâti 8 et des deuxièmes perçages 24 des première et deuxième plaques 6, 7 monopolaires. Les cellules 1 assemblées sont maintenues serrées par les brides de serrage 32. Les première et deuxième plaques 6, 7 monopolaires des cellules 1 sont en contact.

Les ouvertures d’alimentation 21 de chaque cellule 1 sont en vis-à-vis formant les conduites d’alimentation 30. Les ouvertures d’évacuation 22 de chaque cellule 1 sont en vis-à-vis formant les conduites d’évacuation 31. Des connexions hydrauliques sont prévues avec les conduites d’alimentation 30 et les conduites d’évacuation 31.

Les conduites d’alimentation 30 et les conduites d’évacuation 31 sont réalisées par l’empilement des bâtis 8 et des joints 18 de chaque cellule. Ainsi, chaque conduite d’alimentation 30 et chaque conduite d’évacuation 31 présente une paroi dans la matière des joints 18 et dans la matière du bâti 8. Le bord des ouvertures 17 de plaque étant éloigné du bord des ouvertures 19 du corps, un positionnement à large tolérance des plaques 6, 7 monopolaires est suffisant.

Un empilement 35 de cellules 1 est représenté en . Ici, un empilement de trois cellules 1 est représenté pour la compréhension. En pratique, les empilements comprennent plusieurs centaines de cellules, par exemple 400. Les cellules 1 sont empilées entre les deux plaques d’alimentation électrique 33. Des perçages sont ménagés dans les plaques d’alimentation pour communiquer fluidiquement avec les conduites d’alimentation 30 et les conduites d’évacuation 31. Les plaques d’alimentation 33 sont reliées à une borne positive et une borne négative d’une alimentation électrique. La plaque d’alimentation 33 reliée à la borne positive est en contact avec le premier compartiment d’anode 12 de l’empilement 35 et la plaque d’alimentation 33 reliée à la borne négative est en contact avec le dernier compartiment de cathode 13 de l’empilement 35. L’empilement 35 de cellules 1 est maintenu serré par les brides de serrage 32. Les brides de serrage 32 sont maintenues par les tirants de serrage 36. Entre les brides de serrage 32 et les plaques d’alimentation 33, les plaques isolantes 34 sont disposées. Les plaques isolantes 34 isolent électriquement l’empilement 35 de l’environnement extérieur.

En utilisation, l’eau entre dans les compartiments d’anode 12 et les compartiments de cathode 13 de toutes les cellules 1 du dispositif par les conduites d’alimentation 30 en eau. L’eau traverse alors les couches de transport poreuses 14 pour arriver en contact des membranes d’échange protonique. L’eau est évacuée par les conduites d’évacuation, opposées aux conduites d’alimentation 30. Une alimentation électrique est branchée aux deux extrémités du dispositif d’électrolyse de l’eau. La borne positive est reliée à l’anode de la cellule 1 de rang 1 tandis que la borne négative est reliée à la cathode de la cellule 1 de rang maximal. Le courant circule de l’anode de la cellule 1 de rang 1 vers la cathode de la cellule 1 de rang maximal en traversant chaque cellule 1 d’électrolyse, créant une réaction d’électrolyse dans chaque cellule 1.

Dans la cellule, l’eau entre en contact avec les faces principales des plaques 6, 7 monopolaires et les conduites d’alimentation et d’évacuation.

Lors de l’électrolyse, les molécules d’eau se séparent en ions. Les ions H+ traversent la membrane d’échange protonique 11. Les ions forment du dioxygène à l’anode et du dihydrogène à la cathode. Le dihydrogène est évacué par les conduites d’évacuation 31 des compartiments de cathode tandis que le dioxygène est évacué par les conduites d’évacuation 31 des compartiments d’anode. Dans les conduites d’évacuation 31 des compartiments d’anode, un mélange d’eau et de dioxygène circule. Le dihydrogène est évacué du compartiment de cathode 13 par les conduites d’évacuation 31 des compartiments de cathode. Dans les ouvertures d’évacuation 22 du compartiment de cathode 13, un mélange d’eau et de dihydrogène circule. Le dioxygène et le dihydrogène produits sont séparés de l’eau et envoyés en sortie du dispositif d’électrolyse d’eau.

La maintenance d’un tel dispositif est facilitée. Quand une cellule 1 est défectueuse, elle est retirée sans avoir à démonter tout l’empilement de cellules 1. Une cellule 1 de remplacement peut être montée à la place. L’empilement peut également être remis en état de marche sans remplacer ladite cellule 1. Une telle maintenance est possible sur le lieu de production de l’hydrogène et un retour en usine est évité.

Un tel dispositif facilite également le premier montage d’un empilement d’électrolyse. Chaque cellule 1 est testée individuellement avant d’être empilée. Ainsi, une cellule 1 présentant un défaut de fabrication est repérée immédiatement. Cela évite d’avoir à démonter un empilement complet pour le cas où une cellule 1 est défectueuse.

Claims (12)

1. Cellule d’électrolyse d’eau à membrane électrolytique polymère PEM pour la production d’hydrogène, comprenant une membrane d’échange protonique (11), un compartiment d’anode (12) en contact avec la membrane, un compartiment de cathode (13) en contact avec la membrane d’échange protonique (11), et une première plaque (6) conductrice en contact avec le compartiment d’anode (12) et une deuxième plaque (7) conductrice en contact avec le compartiment de cathode (13), caractérisée en ce que la membrane d’échange protonique (11), le compartiment d’anode (12) et le compartiment de cathode (13) sont maintenus serrés entre la première plaque (6) et la deuxième plaque (7) conductrices, lesdites première et deuxième plaques (6, 7) conductrices étant monopolaires, ladite cellule (1) comprenant un bâti (8) périphérique fixé aux première et deuxième plaques (6, 7) conductrices et maintenant serrées lesdites première et deuxième plaques (6, 7) conductrices, le bâti (8) comprenant au moins deux ouvertures débouchant dans le compartiment d’anode (12) et dans deux canaux (20) respectifs et au moins deux ouvertures débouchant dans le compartiment de cathode (13) et dans deux autres canaux (20) respectifs, les canaux (20) étant parallèles.
2. Cellule d’électrolyse d’eau selon la revendication 1, dans laquelle lesdites première et deuxième plaques (6, 7) conductrices présentent des surfaces parallèles, opposées entre elles et opposées au bâti (8), le bâti (8) étant réalisé dans un matériau isolant, dans laquelle les première et deuxième plaques (6, 7) conductrices sont fixées au bâti (8) et dans laquelle au moins quatre ouvertures de communication (19) sont ménagées dans chacune desdites première et deuxième plaques (6, 7) conductrices en communication avec lesdits canaux (20) respectifs.
3. Cellule d’électrolyse d’eau selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la première plaque (6) conductrice est réalisée dans un matériau choisi parmi le titane, l’aluminium, l’acier doux revêtu, le cuivre revêtu, l’inox revêtu le zirconium, le niobium, le tantale, le tungstène ou un de leurs alliages et dans laquelle la deuxième plaque (7) conductrice est réalisée dans un matériau choisi parmi le titane, l’aluminium, l’acier doux revêtu, le cuivre revêtu, l’inox revêtu, le zirconium, le niobium, le tantale, le tungstène ou un de leurs alliages, ou un matériau carboné comme le graphite, le revêtement des matériaux revêtus étant en carbure de chrome ou en carbure de titane.
4. Cellule d’électrolyse d’eau selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle lesdits canaux (20) sont perpendiculaires auxdites ouvertures de communication (19).
5. Cellule d’électrolyse d’eau selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle une pluralité de premiers perçages (23) de fixation sont ménagés dans lesdites première et deuxième plaques (6, 7) conductrices en regard du bâti (8) et une pluralité de saillies (25) venues de matière avec le bâti (8) comprenant un corps (26) traversant lesdits premiers perçages (23) de fixation desdites première et deuxième plaques (6, 7) conductrices et une tête (27) de diamètre supérieur au diamètre du corps (26), fixant ainsi lesdites première et deuxième plaques (6, 7) conductrices au bâti (8).
6. Cellule d’électrolyse d’eau selon la revendication 5, dans laquelle une pluralité de deuxièmes perçages (24) sont ménagés dans lesdites première et deuxième plaques (6, 7) conductrices en regard du bâti (8), lesdits deuxièmes perçages (24) présentant un diamètre supérieur au diamètre desdites têtes, lesdits deuxièmes perçages (24) étant alternés avec les premiers perçages (23) de fixation.
7. Cellule d’électrolyse d’eau selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le bâti (8) présente un redan (15) de positionnement de la membrane d’échange protonique (11), le compartiment d’anode (12) comprend deux couches de transport poreuses (14) de porosités différentes, le compartiment de cathode (13) comprend deux couches de transport poreuses (14) de porosités différentes.
8. Cellule d’électrolyse d’eau selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle lesdites première et deuxième plaques (6, 7) conductrices présentent une étanchéité avec le bâti (8).
9. Installation d’électrolyse d’eau pour la production d’hydrogène comprenant un empilement d’une pluralité de cellules (1) selon l’une des revendications précédentes, présentant des canaux (20) alignés, la première plaque (6) conductrice d’une desdites cellules (1) étant en contact de la deuxième plaque (7) conductrice d’une autre desdites cellules (1).
10. Procédé de maintenance d’un dispositif d’électrolyse d’eau, comprenant le desserrage d’un empilement d’une pluralité de cellules (1) selon l’une des revendications 1 à 8, le retrait d’au moins une cellule (1) d’électrolyse dudit empilement d’une pluralité de cellules (1), le resserrage dudit empilement.
11. Procédé selon la revendication 10, comprenant avant le resserrage dudit empilement, l’insertion d’au moins une cellule (1) d’électrolyse remplaçant l’au moins une cellule (1) d’électrolyse retirée.
12. Procédé de fabrication d’un dispositif d’électrolyse d’eau, comprenant l’assemblage d’une cellule (1) d’électrolyse selon l’une des revendications 1 à 8, le test de ladite cellule (1) d’électrolyse, et, si le test est satisfaisant, le montage de ladite cellule (1) d’électrolyse dans un empilement d’une pluralité de cellules (1).