EP1958284A1 - Procede de fabrication d'un assemblage " electrode-membrane-electrode " de type ccb en continu - Google Patents

Procede de fabrication d'un assemblage " electrode-membrane-electrode " de type ccb en continu

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EP1958284A1
EP1958284A1 EP06807656A EP06807656A EP1958284A1 EP 1958284 A1 EP1958284 A1 EP 1958284A1 EP 06807656 A EP06807656 A EP 06807656A EP 06807656 A EP06807656 A EP 06807656A EP 1958284 A1 EP1958284 A1 EP 1958284A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrode
membrane
assembly
electrodes
active layer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06807656A
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German (de)
English (en)
Inventor
Hervé GALIANO
Patrick Hourquebie
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP1958284A1 publication Critical patent/EP1958284A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
    • C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
    • C25B9/23—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms comprising ion-exchange membranes in or on which electrode material is embedded
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605—Porous electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/92—Metals of platinum group
    • H01M4/925—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
    • H01M4/926—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
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    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0234—Carbonaceous material
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a method of manufacturing a continuous "CWB electrode electrode” assembly.
  • EME Electrode-membrane-electrode assemblies
  • such an assembly EME 10 comprises a polymer electrolyte membrane 11 on which are disposed on a first face a first electrode 12, for example of the anode type, formed of a first active layer 13 and a first gas diffusion layer 14 and, on a second face, a second electrode 15, for example of the cathode type, formed of a second active layer 16 and a second gas diffusion layer
  • Such EME assemblies can be used in electrochemical systems operating by proton exchange and in particular in PEMFC ("Proton Exchange Membrane” type fuel cells).
  • PEMFC Proton Exchange Membrane
  • the first technology called CCM
  • Catalyst-Coated-Membrane consists in directly applying on both sides of an ionomer membrane a continuous catalyst layer, by coating its two faces.
  • a method implementing this first technology is described in the documents referenced [1] and [2] at the end of the description. This process makes it possible to obtain improved catalyst / membrane contact and low-pressure manufacturing conditions. But this process does not allow to treat both sides of the membrane simultaneously.
  • the assembly of the diffusion layers remains manual and is envisaged only during the assembly of a fuel cell.
  • the second technology called CCB
  • Catalyst-Coated-Backing consists in previously coating a catalyst layer on the surface of each diffusion layer.
  • the conditions of realization of such an assembly lead to a deformation and a physical degradation of the membrane, especially for weak membrane thicknesses, and to a significant densification of the diffusion layers, detrimental in the case of a battery type application fuel.
  • a method implementing this second technology is described in the referenced document [3]. This process combines different techniques of coextrusion, extrusion and / or rolling.
  • the subject of the invention is a method for manufacturing a CCB type EME assembly from volume electrodes and a membrane making it possible to overcome the above disadvantages, this EME assembly being usable in an electrochemical system, such as by example a fuel cell.
  • the invention relates to a method of manufacturing a continuous DCB type "Electrode-Membrane-Electrode" assembly comprising a polymer electrolyte membrane on which a first electrode formed of a first active layer is disposed on a first face. a first gas diffusion layer, and, on a second face, a second electrode formed of a second active layer and a second gas diffusion layer, in which the membrane and the two electrodes are continuously assembled.
  • the active layer of each electrode consists of a porous material loaded with carbon black or porous graphite coated with a finely divided noble metal and with a thin deposit of ionic conductive polymer.
  • the active layer of each electrode thus comprises a catalyst and a polymer electrolyte.
  • the diffusion layer of each electrode comprises a porous material loaded with carbon black or porous graphite made hydrophobic by treatment.
  • this method comprises the following steps:
  • this process can be carried out directly at the outlet of an extruder or a coating bench, in order to associate the production of the membrane with that of producing the EME assembly.
  • this method of manufacturing a CCB type EME assembly can be used for the manufacture of a fuel cell.
  • the process of the invention is simpler, more efficient and better adapted to industrial constraints than the processes of the prior art.
  • the membrane which represents the assembly support of the two electrodes, ensures continuous conveying of the assembly.
  • the method of the invention also has the following advantages: -
  • the thermal stress on the membrane is negligible (preservation of the properties of the membrane).
  • FIG. 1 illustrates an EME assembly of the prior art.
  • FIG. 2 illustrates the process of the invention.
  • FIG. 3 illustrates a method of cutting and depositing the electrodes on a support film, as performed in the method of the invention.
  • FIG. 4 illustrates an embodiment of the method of manufacturing a continuous EME assembly of the invention.
  • FIG. 5 illustrates the polarization curves of two EME assemblies made one with a standard method, the other with the method of the invention.
  • this assembly comprises a polymer electrolyte membrane on which are disposed, on a first face, a first electrode formed of a first active layer and a first gas diffusion layer, and, over a second face, a second electrode formed of a second active layer and a second gas diffusion layer.
  • the process of the invention is a process in which this membrane 11 is continuously assembled (displacement 18) with electrodes 12 and 15 located on either side of it by dynamic pressing. at a temperature below 100 ° C.
  • the outer surface of the active layer of each electrode intended to come into contact with one side of the membrane, is heated to a temperature of between 50 ° C. and 200 ° C. , which allows to melt it so as to ensure good adhesion of each electrode in contact with the membrane.
  • the electrodes 12 and 15, thus used in the method of the invention are "voluminal" electrodes, which generally comprise an “active” layer and a “diffusion” layer.
  • the active layer may consist of a catalyst, for example a porous material (felt, paper, fabric), for example "Teflon", that is to say covered with PTFE, loaded with carbon black or porous graphite, coated with a finely divided noble metal, for example platinum grains, and a thin deposit of ionic conductive polymer, of structure generally similar to that of the membrane.
  • the diffusion layer may be made of a porous material, for example a porous teflon material loaded with carbon black or porous graphite, made hydrophobic by treatment, for example by deposition of PTFE. The hydrophobic nature allows the evacuation of liquid water during operation of the fuel cell.
  • the active layer of each electrode is then brought to temperature by a specific heating system 25 (25). ') adapted to the active surface of each electrode, for example by electromagnetic radiation, Infra-red etc. This temperature between 5O 0 C and 200 0 C is such that it allows the active layer of each electrode to melt before assembly with the membrane.
  • the assembly of the membrane and of the two electrodes is done by a system for contacting different films coming from the two film unwinding units that support the electrodes thus covered with electrodes and a polyelectrolyte membrane roll 26, according to a conventional method of "Roll-to-roll” type. There is then adjustment vis-à-vis the electrodes 21 and 21 'on either side of the membrane 26. The assembled laminate is then rolled in a two-roll calender 27.
  • the two support films of the electrodes 23 and 23 ' are detached and recovered on two receiving coils which provide the necessary tensions for the peeling.
  • the continuous EME assembly 29 thus produced can then be either directly recovered on a motorized receiver coil, or directly cut and conditioned to the unit, according to the model of FIG.
  • the method of the invention thus comprises the following steps:
  • the method of the invention which combines technologies of "roll-to-roll", electromagnetic heating of a specific surface and rolling at low temperature, allows to preserve the integrity of the electrolyte membrane at the heart of the assembly, to simplify the installation and allows higher production speeds.
  • the method of the invention also allows a direct integration at the output of an extruder or a coating bench, and a combination of the embodiment of the membrane to that of the realization of the assembly EME.
  • EME according to the method of the invention aims to highlight the electrochemical properties in-situ
  • a membrane of minimum dimension of 90mm x 90mm can be cut in a roll of NAFION (registered trademark of Dupont de Nemours) and two electrodes of minimum dimension 53mm x 53mm can be cut in a type E electrode roll -TEK standard.
  • the membrane is manually placed between two electrodes vis-à-vis.
  • the assembly thus formed is then placed in press at 0 bar for 3 minutes at 15O 0 C, then at 40 bar for 4 minutes at the same temperature in order to obtain a good electrode-membrane-electrode adhesion.
  • the starting membrane is a NAFION 117 perfluorinated membrane roll (having a thickness of 175 microns and an ion exchange capacity of 1.1 meq / g) 400 mm wide and 10 linear meters long.
  • the molecular structure of NAFION is described below.
  • Starting electrodes are standard E-TEK electrode rolls, made of one-sided carbon fabric (supplier's reference: Double Side Electrode 20% Pt on Vulcan XC-72, 0.35 mg / cm 2 Pt / C), 365 mm wide and 10 linear meters long.
  • the electrode rolls are packaged, ie cut and positioned, on an adhesive transfer film.
  • the surface of the electrodes is then heated in a controlled manner (in terms of exposure time and radiation power) to a temperature of about 15O 0 C by infra-red electric heating power 1500 watt.
  • the assembly constituted by the membrane and the two electrode support films is then calendered at room temperature at a speed of 1 m / min, as illustrated in FIG. 4.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un assemblage « Electrode-Membrane-Electrode » de type CCB en continu comprenant une membrane électrolyte polymère (26) sur laquelle sont disposées, sur une première face, une première électrode (21) formée d'une première couche active et d'une première couche de diffusion de gaz, et, sur une seconde face, une seconde électrode (21') formée d'une seconde couche active et d'une seconde couche de diffusion de gaz, dans lequel on assemble en continu la membrane et les deux électrodes, par pressage dynamique à une température inférieure à 100°C, la surface extérieure de la couche active de chaque électrode, destinée à venir en contact avec une face de la membrane, ayant été préalablement chauffée à une température comprise entre 50°C et 200°C, qui comprend les étapes suivantes : - une étape de positionnement de rouleaux de membrane polyélectrolyte (26) et de deux films supports adhésifs pelables (23, 23'), et - une étape de découpe des électrodes (21, 21') et de dépôt de celles-ci sur ces films supports (23, 23').

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UN ASSEMBLAGE « ELECTRODE- MEMBRANE-ELECTRODE » DE TYPE CCB EN CONTINU
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L' invention concerne un procédé de fabrication d'un assemblage « électrode-membrane- électrode » de type CCB en continu.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Le domaine de l'invention est celui des assemblages « électrode-membrane-électrode », dits EME, de type CCB (« Catalyst-Coated-Backing » ou
« Catalyseur enduit sur support ») .
Comme illustré sur la figure 1, un tel assemblage EME 10 comprend une membrane électrolyte polymère 11 sur laquelle sont disposées, sur une première face, une première électrode 12, par exemple de type anode, formée d'une première couche active 13 et d'une première couche de diffusion de gaz 14 et, sur une seconde face, d'une seconde électrode 15, par exemple de type cathode, formée d'une seconde couche active 16 et d'une seconde couche de diffusion de gaz
17.
De tels assemblages EME sont utilisables dans des systèmes électrochimiques fonctionnant par échange de protons et en particulier dans les piles à combustibles de type PEMFC (« Proton Exchange Membrane
Fuel CeIl ») . Deux technologies permettent d'assurer la production d'assemblages EME en continu.
La première technologie, appelée CCM
(« Catalyst-Coated-Membrane ») , consiste à appliquer directement sur les deux faces d'une membrane ionomère une couche de catalyseur en continu, par enduction de ses deux faces. Un procédé mettant en œuvre cette première technologie est décrit dans les documents référencés [1] et [2] en fin de description. Ce procédé permet d'obtenir un contact catalyseur/membrane amélioré et des conditions de fabrication peu contraignantes. Mais ce procédé ne permet pas de traiter simultanément les deux faces de la membrane. De plus l'assemblage des couches de diffusion reste manuel et est envisagé uniquement lors du montage d'une pile à combustible .
La seconde technologie, appelée CCB
(« Catalyst-Coated-Backing ») , consiste à enduire préalablement une couche de catalyseur à la surface de chaque couche de diffusion. L'assemblage du multicouche constitué d'une membrane ionomère située entre deux couches de diffusion enduites chacune d'une couche de catalyseur est assemblé à chaud (température supérieure à 12O0C) sous haute pression (pression supérieure à 9 bar). Les conditions de réalisation d'un tel assemblage conduisent à une déformation et une dégradation physique de la membrane, surtout pour des épaisseurs de membrane faibles, et à une densification importante des couches de diffusion, préjudiciable dans le cas d'une application de type pile a combustible. Un procédé mettant en œuvre cette seconde technologie est décrit dans le document référencé [3] . Ce procédé associe différentes techniques de co-extrusion, d'extrusion et/ou de laminage. Mais ce procédé ne permet pas de réaliser un assemblage EME selon un schéma alterné prédéfini. En effet, chaque couche de diffusion enduite d'une couche de catalyseur, est appliquée sans interruption à la membrane dans une direction longitudinale, les couches de diffusion assurant le convoyage de l'assemblage EME dans ce procédé. De plus, aucune information relative à la qualité et aux performances des assemblages EME ainsi obtenus, n'est présentée .
L' invention a pour objet un procédé de fabrication d'un assemblage EME de type CCB à partir d'électrodes volumiques et d'une membrane permettant de pallier aux inconvénients ci-dessus, cet assemblage EME étant utilisable dans un système électrochimique, comme par exemple une pile à combustible.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
L' invention concerne un procédé de fabrication d'un assemblage « Electrode-Membrane- Electrode » de type CCB en continu comprenant une membrane électrolyte polymère sur laquelle sont disposées, sur une première face, une première électrode formée d'une première couche active et d'une première couche de diffusion de gaz, et, sur une seconde face, une seconde électrode formée d'une seconde couche active et d'une seconde couche de diffusion de gaz, dans lequel on assemble en continu la membrane et les deux électrodes, par pressage dynamique à une température inférieure à 1000C, la surface extérieure de la couche active de chaque électrode, destinée à venir en contact avec une face de la membrane, ayant été préalablement chauffée à une température comprise entre 5O0C et 2000C, caractérisé en ce qu' il comprend les étapes suivantes :
- une étape de positionnement de rouleaux de membrane polyélectrolyte et de deux films supports adhésifs pelables, et - une étape de découpe des électrodes et de dépôt de celles-ci sur ces films supports.
Dans un exemple de réalisation la couche active de chaque électrode est constituée d'un matériau poreux chargé de noir de carbone ou de graphite poreux recouvert d'un métal noble finement divisé et d'un mince dépôt de polymère conducteur ionique. La couche active de chaque électrode comprend ainsi un catalyseur et un électrolyte polymère.
La couche de diffusion de chaque électrode comprend un matériau poreux chargé de noir de carbone ou de graphite poreux rendu hydrophobe par traitement.
Dans un mode de réalisation avantageux, ce procédé comprend les étapes suivantes :
- une étape de chauffage des électrodes, - une étape d'assemblage des électrodes par calandrage à froid sur la membrane,
- une étape de décollage et de récupération des films supports sur des bobines réceptrices,
- une étape de récupération de l'assemblage EME continu sur une bobine, ou de découpe et de conditionnement à l'unité de cet assemblage. Avantageusement ce procédé peut être réalisé directement en sortie d'une extrudeuse ou d'un banc d'enduction, pour associer la réalisation de la membrane à celle de réalisation de l'assemblage EME. Avantageusement ce procédé de fabrication d'un assemblage EME de type CCB est utilisable pour la fabrication d'une pile à combustible.
Avantageusement le procédé de l'invention est plus simple, plus efficace et mieux adapté aux contraintes industrielles que les procédés de l'art connu .
Le fait d'assembler en continu, par pressage dynamique à froid la membrane avec des électrodes préalablement chauffées à une température comprise entre 5O0C et 2000C permet de faire fondre la surface des couches actives et d'assurer un contact intime entre la membrane et ces électrodes, un tel contact étant caractérisé par un coût de réalisation moindre . Avantageusement la membrane, qui représente le support d'assemblage des deux électrodes, assure un convoyage continu de l'assemblage.
Le procédé de l'invention présente de plus les avantages suivants : - La contrainte thermique sur la membrane est négligeable (conservation des propriétés de la membrane) .
- La contrainte thermique n'est exercée que sur une surface de chaque électrode. - Aucune substance adhésive n'est employée. - La dépose d'électrodes volumiques de part et d'autre de la membrane est sélective en x, y.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 illustre un assemblage EME de l'art connu.
La figure 2 illustre le procédé de 1' invention .
La figure 3 illustre un procédé de découpe et de dépose des électrodes sur film support, comme réalisé dans le procédé de l'invention.
La figure 4 illustre un mode de réalisation du procédé de fabrication d'un assemblage EME en continu de l'invention. La figure 5 illustre les courbes de polarisation de deux assemblages EME réalisés l'un avec un procédé standard, l'autre avec le procédé de 1' invention .
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Dans un procédé classique de fabrication d'un assemblage EME de type CCB. Comme illustré sur la figure 1, cet assemblage comprend une membrane électrolyte polymère sur laquelle sont disposées, sur une première face, une première électrode formée d'une première couche active et d'une première couche de diffusion de gaz, et, sur une seconde face, une seconde électrode formée d'une seconde couche active et d'une seconde couche de diffusion de gaz. Le procédé de l'invention, comme illustré sur la figure 2, est un procédé dans lequel on assemble en continu (déplacement 18) cette membrane 11 avec des électrodes 12 et 15 situées de part et d'autre de celle-ci par pressage dynamique à une température inférieure à 1000C. Dans une étape préliminaire on chauffe la surface extérieure de la couche active de chaque électrode, destinée à venir en contact avec une face de la membrane, à une température comprise entre 5O0C et 2000C, ce qui permet de faire fondre celle-ci de manière à assurer une bonne adhérence de chaque électrode au contact de la membrane.
Les électrodes 12 et 15, ainsi utilisées dans le procédé de l'invention, sont des électrodes « volumiques », qui comprennent généralement une couche « active » et une couche « de diffusion ».
La couche active peut être constituée d'un catalyseur, par exemple matériau poreux (feutre, papier, tissu), par exemple « téfloné », c'est-à-dire recouvert de PTFE, chargé de noir de carbone ou de graphite poreux, recouvert d'un métal noble finement divisé, par exemple de grains de platine, et d'un mince dépôt de polymère conducteur ionique, de structure généralement similaire à celle de la membrane. La couche de diffusion peut être constituée d'un matériau poreux, par exemple un matériau poreux tefloné, chargé de noir de carbone ou de graphite poreux, rendu hydrophobe par traitement, par exemple par dépôt de PTFE. Le caractère hydrophobe permet l'évacuation de l'eau liquide lors du fonctionnement de la pile à combustible. Dans un mode de réalisation du procédé de l'invention on réalise, tout d'abord, la découpe d'un ruban 20 et la dépose d'électrodes volumiques 21 ainsi découpées, avec leur zone active 22 située sur le dessus, sur deux films supports adhésifs pelables 23, du type illustré sur la figure 3, une telle opération étant couramment automatisée.
Sur l'ensemble 24 (24') ainsi formé d'électrodes (21) déposées à la surface d'un film 23 (23' ) la couche active de chaque électrode est alors mise en température par un système de chauffage spécifique 25 (25' ) adapté a la surface active de chaque électrode, par exemple par rayonnement électromagnétique, Infra-rouge etc.. Cette température comprise entre 5O0C et 2000C est telle qu'elle permet à la couche active de chaque électrode de fondre avant assemblage avec la membrane.
L'assemblage de la membrane et des deux électrodes se fait par un système de mise en contact de différents films issus des deux unités de déroulement de films support des électrodes ainsi recouverts d'électrodes et d'un rouleau de membrane polyélectrolyte 26, selon un procédé classique de type « Roll-to-roll ». Il y a alors ajustement en vis-à-vis des électrodes 21 et 21' de part et d'autre de la membrane 26. Le stratifié assemblé est ensuite laminé dans une calandreuse à deux cylindres 27.
En sortie du calandrage, les deux films support des électrodes 23 et 23' sont décollés et récupérés sur deux bobines réceptrices qui assurent les tensions nécessaires au pelage. L'assemblage EME continu 29 ainsi réalisé peut alors être soit directement récupéré sur une bobine réceptrice motorisée, soit directement découpé et conditionné à l'unité, suivant le modèle de la figure 1.
Le procédé de l'invention comporte ainsi les étapes suivantes :
- une étape de positionnement de rouleaux de membrane polyélectrolyte (26) et de deux films supports adhésifs pelables (23, 23' ) ,
- une étape de découpe des électrodes (21, 21') et de dépôt de celles-ci sur ces films supports (23, 23'), une étape de chauffage des électrodes (25, 25'),
- une étape d'assemblage des électrodes par calandrage à froid (27) sur la membrane,
- une étape de décollage et de récupération des films supports (23, 23' ) sur des bobines réceptrices,
- une étape de récupération de l'assemblage EME continu (29) sur une bobine, ou de découpe et de conditionnement à l'unité de cet assemblage (29).
Le procédé de l'invention, qui associe des technologies de « Roll-to-Roll » (« enroulé et déroulé ») , de chauffage électromagnétique d'une surface spécifique et de laminage à basse température, permet de préserver l'intégrité de la membrane électrolyte au coeur de l'assemblage, de simplifier l'installation et autorise de plus grandes vitesses de production . Le procédé de l'invention permet également une intégration directe en sortie d'une extrudeuse ou d'un banc d'enduction, et une association de la réalisation de la membrane à celle de la réalisation de l'assemblage EME.
Exemple de réalisation
Cet exemple de réalisation d'un assemblage
EME selon le procédé de l'invention vise à mettre en évidence les propriétés électrochimiques in-situ
(c'est-à-dire en test en pile) d'un assemblage réalisé conformément a l'invention par rapport à un assemblage traditionnel réalisé manuellement.
1. Réalisation selon un procédé traditionnel
Dans un exemple de réalisation d'un assemblage EME traditionnel la membrane et les électrodes sont préalablement découpées aux dimensions souhaitées. Ainsi, une membrane de dimension minimum de 90mm x 90mm peut être découpée dans un rouleau de NAFION (marque déposée de la société Dupont de Nemours) et deux électrodes de dimension minimum 53mm x 53mm peuvent être découpées dans un rouleau d'électrode du type E-TEK standard. La membrane est placée manuellement entre deux électrodes en vis-à-vis. L'ensemble ainsi formé est alors placé sous presse à 0 bar pendant 3 minutes à 15O0C, puis à 40 bars pendant 4 minutes à la même température afin d'obtenir une bonne adhésion électrode-membrane-électrode. 2. Réalisation selon le procédé de l'invention
La membrane de départ est un rouleau de membrane perfluorée de type NAFION 117 (ayant une épaisseur de 175 microns et une capacité d'échange ionique de 1.1 meq/g) de 400 mm de large et 10 mètres linéaires de long. La structure moléculaire du NAFION est décrite ci-dessous.
CF2
SO3H Les électrodes de départ sont des rouleaux d'électrodes E-TEK standards, constituées de tissu de carbone platiné sur une face (référence fournisseur: Double Side Electrode 20% Pt on Vulcan XC-72, 0,35 mg/cm2 Pt/C) , de dimension 365 mm de large et 10 mètres linéaires de long.
Comme décrit précédemment et comme illustré sur la figure 3, les rouleaux d'électrodes sont conditionnés, c'est à dire découpés et positionnés, sur un film adhésif de transfert. La surface des électrodes est ensuite chauffée de façon contrôlée (en terme de temps exposition et de puissance du rayonnement) à une température d'environ 15O0C par un chauffage électrique infra rouge de puissance 1500 watt.
L'ensemble, constitué par la membrane et les deux films support d'électrodes est ensuite calandre à la température ambiante à une vitesse de 1 m/min, comme illustré sur la figure 4.
3. Caractérisation in-situ : tests en pile des assemblages Les tests en pile des performances électro¬ chimiques de l'assemblage EME, réalisés à l'aide d'un banc de test mono-cellule, consistent à tester cet assemblage EME entre deux plaques de graphite (plaques monopolaires) permettant la distribution des gaz. Les résultats des tests en pile réalisés dans des conditions de fonctionnement optimales pour la membrane NAFION (8O0C, sous 1,5 bars, alimentation en gaz H2/02) sont illustrés sur la figure 5.
La comparaison des courbes de polarisation de la tension u (volts) en fonction de la densité de courant j (A/cm2) ainsi obtenues avec un assemblage standard (courbe 30) et l'assemblage de l'invention
(courbe 31) réalisés à partir des mêmes matériaux de base montre que l'on atteint un niveau de performance comparable, voire supérieur, avec le procédé continu de 1' invention . REFERENCES
[1] US 6,500,217
5 [2] US 2002/034 674
[3] US 6,291,091

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'un assemblage « Electrode-Membrane-Electrode » de type CCB en continu comprenant une membrane électrolyte polymère (26) sur laquelle sont disposées, sur une première face, une première électrode (21) formée d'une première couche active et d'une première couche de diffusion de gaz, et, sur une seconde face, une seconde électrode (21') formée d'une seconde couche active et d'une seconde couche de diffusion de gaz, dans lequel on assemble en continu la membrane et les deux électrodes, par pressage dynamique à une température inférieure à 1000C, la surface extérieure de la couche active de chaque électrode, destinée à venir en contact avec une face de la membrane, ayant été préalablement chauffée à une température comprise entre 5O0C et 2000C, caractérisé en ce qu' il comprend les étapes suivantes :
- une étape de positionnement de rouleaux de membrane polyélectrolyte (26) et de deux films supports adhésifs pelables (23, 23' ) , et
- une étape de découpe des électrodes (21, 21') et de dépôt de celles-ci sur ces films supports (23, 23' ) .
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la couche active de chaque électrode est constituée d'un matériau poreux chargé de noir de carbone ou de graphite poreux recouvert d'un métal noble finement divisé et d'un mince dépôt de polymère conducteur ionique.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la couche active de chaque électrode comprend un catalyseur et un électrolyte polymère.
4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la couche de diffusion de chaque électrode comprend un matériau poreux chargé de noir de carbone ou de graphite poreux rendu hydrophobe par traitement.
5. Procédé selon la revendication 1 comprenant les étapes suivantes : une étape de chauffage des électrodes (25, 25'),
- une étape d'assemblage des électrodes par calandrage à froid (27) sur la membrane,
- une étape de décollage et de récupération des films supports (23, 23' ) sur des bobines réceptrices,
- une étape de récupération de l'assemblage EME continu (29) sur une bobine, ou de découpe et de conditionnement à l'unité de cet assemblage (29).
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes qui est réalisé directement en sortie d'une extrudeuse ou d'un banc d'enduction, pour associer la réalisation de la membrane à celle de réalisation de l'assemblage EME.
7. Procédé de fabrication d'un assemblage EME de type CCB utilisable dans le procédé de fabrication d'une pile à combustible.
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