EP4348738A2 - Empilement de cellules de pile à combustible et pile à combustible comprenant un tel empilement - Google Patents

Empilement de cellules de pile à combustible et pile à combustible comprenant un tel empilement

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EP4348738A2
EP4348738A2 EP22720405.4A EP22720405A EP4348738A2 EP 4348738 A2 EP4348738 A2 EP 4348738A2 EP 22720405 A EP22720405 A EP 22720405A EP 4348738 A2 EP4348738 A2 EP 4348738A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
face
plate
cooling
last
assembly
Prior art date
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Pending
Application number
EP22720405.4A
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German (de)
English (en)
Inventor
Denis Sirac
Johan ANDRE
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Publication of EP4348738A2 publication Critical patent/EP4348738A2/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/002—Shape, form of a fuel cell
    • H01M8/006—Flat
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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 present invention relates to an assembly comprising a stack of fuel cell cells and a fuel cell comprising such an assembly.
  • the invention relates more particularly to an assembly comprising a stack of a plurality of fuel cell cells with a proton exchange membrane in which the cells each comprise an anode plate and a cathode plate sandwiching a Membrane Electrodes Assembly (MEA).
  • MEA Membrane Electrodes Assembly
  • Fuel cell cells (anode side and cathode side) generate heat (the chemical reactions within the cell are exothermic) and must be cooled by a cooling circuit.
  • each plate (anodic or cathodic) comprises a side dedicated to the circulation of reactive gases (air or hydrogen opposite the Assembly Membrane Electrodes) and one side (facing the outside of the cell) dedicated to the circulation of the cooling fluid (often a liquid).
  • the passage of coolant via internal collectors requires the interface to be properly sealed at the level of the last cell and the end of the stack, while ensuring efficient cooling at this location.
  • the present invention aims to effectively remedy these drawbacks by proposing an assembly comprising a stack of a plurality of fuel cell cells with a proton exchange membrane, the plurality of cells comprising a first cell at a first end of the stack and a last cell at a second end of the stack, each cell of the plurality comprising an anode plate and a cathode plate sandwiching a Membrane Electrodes Assembly, each plate comprising a reactive face and a cooling face opposite each other to the other, the reactive face of each plate being intended to face the Membrane Electrodes Assembly and being provided with reliefs and depressions forming a reagent circuit, for the circulation of a reactive fluid, the cooling face of the cathode plate of at least one of the cells being intended to face the cooling face of the anode plate of another cells, by defining between them reliefs and hollows to form an intercellular cooling circuit for the circulation of a cooling fluid, each plate comprising a reagent inlet manifold formed through the plate and being in fluid communication with the
  • Such an assembly makes it possible to ensure optimal sealing at the level of one of the ends of the stack, in particular of the end of the stack that does not have a fluidic connection end piece.
  • a blanking plate forming the last cooling circuit makes it possible to reduce the number of parts involved in order to seal at least one end of the stack, in particular that which is devoid of a connection end piece.
  • fluidic for example the end which has no piping for the inlet/outlet of cooling fluid or reactive fluid. This simplifies the assembly of such a set.
  • the closing face is glued or welded to the cooling face of the last end plate.
  • the blanking plate and the last end plate form a single piece manufactured by casting, and/or machining and/or hydroforming and/or stamping and/or three-dimensional printing.
  • the assembly has no flexible joint between the closing face and the cooling face of the last end plate.
  • the assembly does not have a tightly mounted joint between the closing face and the cooling face of the last end plate.
  • the assembly has no O-ring mounted between the closing face and the cooling face of the last end plate.
  • the closing face is fixed to the cooling face of the last end plate so as to form between them a first sealing bead, at least a portion of which forms a loop around the inlet manifold of cooling fluid.
  • the closing face is fixed to the cooling face of the last end plate so as to form between them a second sealing bead, at least a portion of which forms a loop around the outlet manifold of cooling fluid.
  • the closing face is fixed to the cooling face of the last end plate so as to form a third sealing bead of which at least a portion forms a loop around the last cooling circuit
  • the first, second and third cords are arranged to allow the cooling fluid entering through the cooling fluid inlet manifold to circulate only in the last cooling circuit and to exit only through the outlet manifold of cooling fluid.
  • the closing face is fixed to the cooling face of the last end plate so as to form a fourth sealing bead, at least a portion of which forms a loop around the reagent inlet manifold.
  • the fourth sealing bead is arranged so as to allow the reactive fluid entering via the reagent inlet manifold to circulate only towards the reactive face.
  • the closing face is fixed to the cooling face of the last end plate so as to form a fifth sealing bead, at least a portion of which forms a loop around the reagent outlet manifold.
  • the fifth sealing bead is arranged so as to allow the reactive fluid circulating on the reactive face to exit only through the reagent outlet manifold.
  • the assembly comprises a distribution plate comprising an outer face intended to face an interface plate with an inlet and outlet pipe for the cooling fluid and with an inlet and outlet pipe for the reactive fluid, the distribution plate comprising an internal face fixed to the cooling face of the first end plate, the internal face and the cooling face of the first end plate defining therebetween reliefs and depressions to form a first cooling circuit for the circulation of the cooling fluid.
  • the distribution plate comprises a plurality of through holes, respectively for the passage of the cooling fluid and the reactive fluid through the distribution plate, in particular so as to allow a distribution of these fluids, from the plate of interface to the first end plate.
  • the internal face is glued or welded to the cooling face of the first end plate.
  • the distribution plate and the first end plate form a single piece manufactured by molding, and/or machining and/or hydroforming and/or stamping and/or by three-dimensional printing.
  • the internal face is fixed to the cooling face of the first end plate so as to form between them a sixth sealing bead, at least a portion of which forms a loop around the fluid inlet manifold cooling fluid, and/or a seventh sealing bead, at least a portion of which forms a loop around the coolant outlet manifold, and/or an eighth sealing bead, at least a portion of which forms a loop around the manifold reactive fluid inlet, and/or a ninth sealing bead, at least a portion of which forms a loop around the reactive fluid inlet manifold.
  • the internal face is fixed to the cooling face of the first end plate so as to form between them a tenth sealing bead, at least a portion of which forms a loop around the first cooling circuit.
  • the sixth bead is arranged so as to allow the cooling fluid entering through the cooling fluid inlet manifold to circulate only through said manifold and in the first cooling circuit.
  • the seventh sealing bead is arranged so as to allow the cooling fluid circulating in the first cooling circuit to exit only through the cooling fluid outlet manifold.
  • the cooling face of the cathode plate of at least one of the cells is fixed, in particular glued and/or welded, to the cooling face of the anode plate of another of the cells, so as to form a sealing in particular around the intercellular cooling circuit.
  • a seal is interposed between the cooling face of the cathode plate of at least one of the cells and the cooling face of the anode plate of another of the cells, so as to form a seal in particular around the intercellular circuit cooling.
  • the invention further relates to a fuel cell comprising an assembly as described above, a first electric current collector plate, a second electric current collector plate and an interface plate with inlet and outlet piping cooling fluid and reactive fluid.
  • the cell comprises a first electrically insulating plate and a first clamping plate, the first electrically insulating plate being placed between the first collector plate and the first clamping plate.
  • the cell comprises a second electrically insulating plate and a second clamping plate, the second electrically insulating plate being placed between the second collector plate and the second clamping plate.
  • The is a schematic representation in perspective of an assembly according to the invention.
  • the plurality of cells 30 includes a first cell 30 at a first end of the stack and a last cell 30 at a second end of the stack.
  • Each cell 30 of the plurality comprises an anode plate 10 and a cathode plate 20 sandwiching a Membrane Electrodes Assembly 16.
  • Each plate 10, 20 comprises a reactive face and a cooling face opposite each other, the reactive face of each plate 10, 20 being intended to face the Membrane Electrodes Assembly 16 and being provided with reliefs and hollows forming a reactive circuit, for the circulation of a reactive fluid.
  • the cooling face of the cathode plate 20 of at least one of the cells 30 is intended to face the cooling face of the anode plate 10 of another of the cells 30, by defining between them reliefs and hollows to form an intercellular cooling circuit 15 for the circulation of a cooling fluid.
  • each plate 10, 20 comprises:
  • the reagent inlet manifold 3 of an anode plate 10 is in fluid communication with one of the orifices of a cathode plate 20 and the reagent outlet manifold 6 of the anode plate 10 is in fluid communication with another of the orifices of the cathode plate 20.
  • the reagent inlet manifold 3 of a cathode plate 20 is in fluid communication with one of the orifices of an anode plate 10 and the reagent outlet manifold 6 of the cathode plate 20 is in fluid communication with another of the orifices of the anode plate 10.
  • the stack allows a distribution of the reactive fluid dedicated to the anode plates 10 and a distribution of the reactive fluid dedicated to the cathode plates 20 by forming two independent circuits.
  • One of the plates 10, 20 of the first cell 30 forms with one of the plates 10, 20 of another of the cells 30, a first intercellular cooling circuit 15 and the other of the plates 10, 20 of the first cell 30 forms a first end plate
  • One of the plates 10, 20 of the last cell 30 forms with one of the plates 10, 20 of another of the cells 30, a last intercellular cooling circuit 15 and the other of the plates 10, 20 of the last cell 30 forms a final end plate.
  • the assembly 1 comprises a blanking plate 21 comprising an electric current collecting face intended to face a first electric current collecting plate and a blanking face fixed to the cooling face of the last collecting plate. end, the closing face and the cooling face of the last end plate defining between them reliefs and hollows to form a last cooling circuit for the circulation of the cooling fluid.
  • the assembly 1 further comprises a distribution plate 11 comprising an outer face intended to face an interface plate 17 with an inlet and outlet pipe for the cooling fluid and with an inlet and outlet pipe of the reactive fluid, the distribution plate comprising an internal face fixed to the cooling face of the first end plate, the internal face and the cooling face of the first end plate defining between them reliefs and depressions for forming a first cooling circuit for the circulation of the cooling fluid.
  • a distribution plate 11 comprising an outer face intended to face an interface plate 17 with an inlet and outlet pipe for the cooling fluid and with an inlet and outlet pipe of the reactive fluid, the distribution plate comprising an internal face fixed to the cooling face of the first end plate, the internal face and the cooling face of the first end plate defining between them reliefs and depressions for forming a first cooling circuit for the circulation of the cooling fluid.
  • the blanking face is welded to the cooling face of the last end plate and the inner face is welded to the cooling face of the first end plate.
  • the closure face of the closure plate 21 comprises a reagent passage 12, 13 formed by reliefs and depressions, to allow fluid communication between the reagent inlet manifold 3, 4 and the reagent circuit or to allow fluid communication between the reagent outlet manifold 6, 7 and the reagent circuit.
  • the closing face of the closing plate 21 comprises a cooling passage 13 formed by reliefs and hollows, to allow fluid communication between the cooling fluid inlet manifold 5 and the cooling circuit or to allow fluid communication between the cooling fluid outlet manifold 8, 9 and the cooling circuit.
  • the reagent passage 12, 13 and the cooling passage 13 can be arranged at the level of the closing face, at the level of the last end plate or even on both.
  • the battery comprises a first collecting plate, for collecting an electric current, the first collecting plate having one face in contact with the collecting face of the closing plate 21 and the other face in contact with a first electrically insulating plate 18 .
  • the first electrically insulating plate 18 is flexible.
  • the first collector plate is arranged to be embedded in a reception area provided on the collection face of the blanking plate 21.
  • the stack further comprises an interface plate 17 with inlet and outlet piping for the cooling fluid and the reactive fluid.
  • the cell has a second electrically insulating plate.
  • This second electrically insulating plate can either be in the form of a separate element from the interface plate 17 and in contact with the interface plate 17, or else the interface plate 17 acts as a second electrically insulating plate. , in particular by one of its faces in contact with the distribution plate 11.
  • all the pipes are thus arranged on the same side of the stack, the other side being closed off by the closing plate 21.
  • the first end plate is an anode plate 10 and the last end plate is a cathode plate 20.
  • the first end plate is a cathode plate 20 and the last end is an anode plate 10.
  • the assembly 1 is arranged so that all of the fluid inlet and outlet pipes are arranged on the side of only one of the ends of the stack.
  • the blanking plate 21 is a plate which closes all the collectors and the orifices of the last end plate. Such a blanking plate 21 makes it possible to present a flat face for collecting the electric current generated by the battery.

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Abstract

L'invention concerne un ensemble (1) comportant un empilement d'une pluralité de cellules (30) de pile à combustible, la pluralité comportant une première cellule (30) à une première extrémité de l'empilement et une dernière cellule (30) à une deuxième extrémité de l'empilement, chaque cellule (30) comportant une plaque anodique (10) et une plaque cathodique (20), chaque plaque (10, 20) comprenant une face réactive et une face de refroidissement, l'une des plaques (10, 20) de la dernière cellule (30) formant avec l'une des plaques (10, 20) d'une autre des cellules (30), un dernier circuit intercellulaire de refroidissement (15), l'autre des plaques (10, 20) de la dernière cellule (30) formant une dernière plaque d'extrémité, l'ensemble comportant une plaque d'obturation (21) comprenant une face de collecte de courant électrique et une face d'obturation fixée à la face de refroidissement de la dernière plaque d'extrémité.

Description

    Empilement de cellules de pile à combustible et pile à combustible comprenant un tel empilement
  • La présente invention concerne un ensemble comportant un empilement de cellules de pile à combustible et une pile à combustible comprenant un tel ensemble.
  • L’invention concerne plus particulièrement un ensemble comportant un empilement d’une pluralité de cellules de pile à combustible à membrane échangeuse de protons dans lequel les cellules comprennent chacune une plaque anodique et une plaque cathodique prenant en sandwich un Assemblage Membrane Electrodes (AME).
  • Les cellules de pile à combustible (coté anode et côté cathode) génèrent de la chaleur (les réactions chimiques au sein de la cellule sont exothermiques) et doivent être refroidies par un circuit de refroidissement.
  • Dans le cas d’une cellule composée de deux plaques prenant en sandwich un Assemblage Membrane Electrodes, chaque plaque (anodique ou cathodique) comprend un côté dédié à la circulation des gaz réactif (air ou hydrogène en vis-à-vis de l’Assemblage Membrane Electrodes) et un côté (tourné vers l’extérieur de la cellule) dédié à la circulation du fluide (souvent un liquide) de refroidissement.
  • Etant donné qu’à chaque extrémité, l’empilement de cellules se termine par un demi-circuit de refroidissement, il est donc nécessaire de trouver un moyen pour fermer de manière simple et étanche, ce demi-circuit de refroidissement tout en permettant la bonne circulation du gaz réactif du côté de l’Assemblage Membrane Electrodes.
  • En particulier, le passage de liquide de refroidissement via des collecteurs internes nécessite d’étancher correctement l’interface au niveau de la dernière cellule et l’extrémité de la pile, tout en assurant un refroidissement efficace à cet endroit.
  • La présente invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant un ensemble comportant un empilement d’une pluralité de cellules de pile à combustible à membrane échangeuse de protons, la pluralité de cellules comportant une première cellule à une première extrémité de l’empilement et une dernière cellule à une deuxième extrémité de l’empilement, chaque cellule de la pluralité comportant une plaque anodique et une plaque cathodique prenant en sandwich un Assemblage Membrane Electrodes, chaque plaque comprenant une face réactive et une face de refroidissement opposées l'une par rapport à l’autre, la face réactive de chaque plaque étant destinée à faire face à l’Assemblage Membrane Electrodes et étant munie de reliefs et de creux formant un circuit de réactif, pour la circulation d’un fluide réactif, la face de refroidissement de la plaque cathodique d’au moins une des cellules étant destinée à faire face à la face de refroidissement de la plaque anodique d’une autre des cellules, en définissant entre elles des reliefs et des creux pour former un circuit intercellulaire de refroidissement pour la circulation d’un fluide de refroidissement, chaque plaque comportant un collecteur d’entrée de réactif formé au travers de la plaque et étant en communication fluidique avec le circuit de réactif, un collecteur de sortie de réactif formé au travers de la plaque et étant en communication fluidique avec le circuit de réactif, un collecteur d’entrée de fluide de refroidissement formé au travers de la plaque, un collecteur de sortie de fluide de refroidissement formé au travers de la plaque, l’une des plaques de la première cellule formant avec l’une des plaques d’une autre des cellules, un premier circuit intercellulaire de refroidissement, l’autre des plaques de la première cellule formant une première plaque d’extrémité, l’une des plaques de la dernière cellule formant avec l’une des plaques d’une autre des cellules, un dernier circuit intercellulaire de refroidissement, l’autre des plaques de la dernière cellule formant une dernière plaque d’extrémité, l’ensemble comportant une plaque d’obturation comprenant une face de collecte de courant électrique destinée à faire face à une première plaque collectrice de courant électrique et une face d’obturation fixée à la face de refroidissement de la dernière plaque d’extrémité, la face d’obturation et la face de refroidissement de la dernière plaque d’extrémité définissant entre elles des reliefs et des creux pour former un dernier circuit de refroidissement pour la circulation du fluide de refroidissement, la plaque d’obturation étant dépourvue de trou traversant pour le passage du fluide de refroidissement au travers de la plaque d’obturation ou pour le passage du fluide réactif au travers de la plaque d’obturation.
  • Un tel ensemble permet d’assurer une étanchéité optimale au niveau de l’une des extrémités de l’empilement, notamment de l’extrémité de l’empilement dépourvue d’embout de connexion fluidique. En outre, une telle plaque d’obturation formant le dernier circuit de refroidissement, permet de réduire le nombre de pièces en jeu pour réaliser l’étanchéité à au moins une extrémité de l’empilement, notamment celle qui est dépourvue d’embout de connexion fluidique, par exemple l’extrémité qui est dépourvue de tuyauterie pour l’entrée/sortie de fluide de refroidissement ou de fluide réactif. Ceci permet de simplifier l’assemblage d’un tel ensemble.
  • Selon une réalisation, la face d’obturation est collée ou soudée à la face de refroidissement de la dernière plaque d’extrémité.
  • En variante, la plaque d’obturation et la dernière plaque d’extrémité forment une unique pièce fabriquée par moulage, et/ou usinage et/ou hydroformage et/ou emboutissage et/ou par impression en trois dimensions.
  • Selon une réalisation, l’ensemble est dépourvu de joint souple entre la face d’obturation et la face de refroidissement de la dernière plaque d’extrémité.
  • Selon une réalisation, l’ensemble est dépourvu de joint monté serré entre la face d’obturation et la face de refroidissement de la dernière plaque d’extrémité.
  • Selon une réalisation, l’ensemble est dépourvu de joint torique monté entre la face d’obturation et la face de refroidissement de la dernière plaque d’extrémité.
  • Selon une réalisation, la face d’obturation est fixée à la face de refroidissement de la dernière plaque d’extrémité de sorte à former entre elles, un premier cordon d’étanchéité dont au moins une portion forme une boucle autour du collecteur d’entrée de fluide de refroidissement.
  • Selon une réalisation, la face d’obturation est fixée à la face de refroidissement de la dernière plaque d’extrémité de sorte à former entre elles, un deuxième cordon d’étanchéité dont au moins une portion forme une boucle autour du collecteur de sortie de fluide de refroidissement.
  • Selon une réalisation, la face d’obturation est fixée à la face de refroidissement de la dernière plaque d’extrémité de sorte à former un troisième cordon d’étanchéité dont au moins une portion forme une boucle autour du dernier circuit de refroidissement
  • Selon une réalisation, les premier, deuxième et troisième cordons sont agencés pour permettre au fluide de refroidissement entrant par le collecteur d’entrée de fluide de refroidissement de ne circuler que dans le dernier circuit de refroidissement et de ne sortir que par le collecteur de sortie de fluide de refroidissement.
  • Selon une réalisation, la face d’obturation est fixée à la face de refroidissement de la dernière plaque d’extrémité de sorte à former un quatrième cordon d’étanchéité dont au moins une portion forme une boucle autour du collecteur d’entrée de réactif.
  • Selon une réalisation, le quatrième cordon d’étanchéité est agencé de sorte à permettre au fluide réactif entrant par le collecteur d’entrée de réactif de ne circuler que vers la face réactive.
  • Selon une réalisation, la face d’obturation est fixée à la face de refroidissement de la dernière plaque d’extrémité de sorte à former un cinquième cordon d’étanchéité dont au moins une portion forme une boucle autour du collecteur de sortie de réactif.
  • Selon une réalisation, le cinquième cordon d’étanchéité est agencé de sorte à permettre au fluide réactif circulant sur la face réactive, de ne sortir que par le collecteur de sortie de réactif.
  • Selon une réalisation, l’ensemble comporte une plaque de distribution comprenant une face externe destinée à faire face à une plaque d’interface avec une tuyauterie d’entrée et de sortie du fluide de refroidissement et avec une tuyauterie d’entrée et de sortie du fluide réactif, la plaque de distribution comprenant une face interne fixée à la face de refroidissement de la première plaque d’extrémité, la face interne et la face de refroidissement de la première plaque d’extrémité définissant entre elles des reliefs et des creux pour former un premier circuit de refroidissement pour la circulation du fluide de refroidissement.
  • Selon une réalisation, la plaque de distribution comporte une pluralité de trous traversant, respectivement pour le passage du fluide de refroidissement et du fluide réactif au travers de la plaque de distribution, notamment de sorte à permettre une distribution de ces fluides, depuis la plaque d’interface vers la première plaque d’extrémité.
  • Selon une réalisation, la face interne est collée ou soudée à la face de refroidissement de la première plaque d’extrémité.
  • En variante, la plaque de distribution et la première plaque d’extrémité forment une unique pièce fabriquée par moulage, et/ou usinage et/ou hydroformage et/ou emboutissage et/ou par impression en trois dimensions.
  • Selon une réalisation, la face interne est fixée à la face de refroidissement de la première plaque d’extrémité de sorte à former entre elles, un sixième cordon d’étanchéité dont au moins une portion forme une boucle autour du collecteur d’entrée de fluide de refroidissement, et/ou un septième cordon d’étanchéité dont au moins une portion forme une boucle autour du collecteur de sortie de fluide de refroidissement, et/ou un huitième cordon d’étanchéité dont au moins une portion forme une boucle autour du collecteur d’entrée de fluide réactif, et/ou un neuvième cordon d’étanchéité dont au moins une portion forme une boucle autour du collecteur d’entrée de fluide réactif.
  • Selon une réalisation, la face interne est fixée à la face de refroidissement de la première plaque d’extrémité de sorte à former entre elles, un dixième cordon d’étanchéité dont au moins une portion forme une boucle autour du premier circuit de refroidissement.
  • Selon une réalisation, le sixième cordon est agencé de sorte à permettre au fluide de refroidissement entrant par le collecteur d’entrée de fluide de refroidissement de ne circuler qu’à travers ledit collecteur et dans le premier circuit de refroidissement.
  • Selon une réalisation, le septième cordon d’étanchéité est agencé de sorte à permettre au fluide de refroidissement circulant dans le premier circuit de refroidissement, de ne sortir que par le collecteur de sortie de fluide de refroidissement.
  • Selon une réalisation, la face de refroidissement de la plaque cathodique d’au moins une des cellules est fixée, notamment collée et/ou soudée, à la face de refroidissement de la plaque anodique d’une autre des cellules, de sorte à former une étanchéité notamment autour du circuit intercellulaire de refroidissement.
  • En variante, un joint est interposé entre la face de refroidissement de la plaque cathodique d’au moins une des cellules et la face de refroidissement de la plaque anodique d’une autre des cellules, de sorte à former une étanchéité notamment autour du circuit intercellulaire de refroidissement.
  • L’invention concerne en outre une pile à combustible comprenant un ensemble tel que décrit ci-dessus, une première plaque collectrice de courant électrique, une deuxième plaque collectrice de courant électrique et une plaque d’interface avec une tuyauterie d’entrée et de sortie du fluide de refroidissement et du fluide réactif.
  • Selon une réalisation, la pile comporte une première plaque électriquement isolante et une première plaque de serrage, la première plaque électriquement isolante étant disposée entre la première plaque collectrice et la première plaque de serrage.
  • Selon une réalisation, la pile comporte une deuxième plaque électriquement isolante et une deuxième plaque de serrage, la deuxième plaque électriquement isolante étant disposée entre la deuxième plaque collectrice et la deuxième plaque de serrage.
  • L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
  • La est une représentation schématique en perspective d‘un ensemble selon l’invention ; et
  • la est une représentation schématique d’une portion d’une pile selon l’invention.
  • Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d’une figure à l’autre.
  • La représente un ensemble 1 comportant un empilement d’une pluralité de cellules 30 de pile à combustible à membrane échangeuse de protons.
  • La pluralité de cellules 30 comporte une première cellule 30 à une première extrémité de l’empilement et une dernière cellule 30 à une deuxième extrémité de l’empilement.
  • Chaque cellule 30 de la pluralité comporte une plaque anodique 10 et une plaque cathodique 20 prenant en sandwich un Assemblage Membrane Electrodes 16.
  • Chaque plaque 10, 20 comprend une face réactive et une face de refroidissement opposées l'une par rapport à l’autre, la face réactive de chaque plaque 10, 20 étant destinée à faire face à l’Assemblage Membrane Electrodes 16 et étant munie de reliefs et de creux formant un circuit de réactif, pour la circulation d’un fluide réactif.
  • Comme visible à la , la face de refroidissement de la plaque cathodique 20 d’au moins une des cellules 30 est destinée à faire face à la face de refroidissement de la plaque anodique 10 d’une autre des cellules 30, en définissant entre elles des reliefs et des creux pour former un circuit intercellulaire de refroidissement 15 pour la circulation d’un fluide de refroidissement.
  • Dans l’exemple de la , chaque plaque 10, 20 comporte :
    • un collecteur d’entrée de réactif 3, 4 formé au travers de la plaque 10, 20 et étant en communication fluidique avec le circuit de réactif par l’intermédiaire d’une première lumière 2 formée au travers de la plaque 10, 20 ;
    • un collecteur de sortie de réactif 6, 7 formé au travers de la plaque 10, 20 et étant en communication fluidique avec le circuit de réactif par l’intermédiaire d’une deuxième lumière 2 formée au travers de la plaque 10, 20 ;
    • un collecteur d’entrée de fluide de refroidissement 5 formé au travers de la plaque 10, 20 ;
    • un collecteur de sortie de fluide de refroidissement 8, 9 formé au travers de la plaque 10, 20.
    • au moins deux orifices formés au travers de la plaque 10, 20, chaque orifice étant agencé pour ne permettre une communication fluidique qu’au travers de la plaque 10, 20, sans être en communication fluidique avec le circuit de réactif.
  • Le collecteur d’entrée de réactif 3 d’une plaque anodique 10 est en communication fluidique avec un des orifices d’une plaque cathodique 20 et le collecteur de sortie de réactif 6 de la plaque anodique 10 est en communication fluidique avec un autre des orifices de la plaque cathodique 20.
  • Le collecteur d’entrée de réactif 3 d’une plaque cathodique 20 est en communication fluidique avec un des orifices d’une plaque anodique 10 et le collecteur de sortie de réactif 6 de la plaque cathodique 20 est en communication fluidique avec un autre des orifices de la plaque anodique 10.
  • Ainsi, l’empilement permet une distribution du fluide réactif dédié aux plaques anodiques 10 et une distribution du fluide réactif dédié aux plaques cathodiques 20 en formant deux circuits indépendants.
  • L’une des plaques 10, 20 de la première cellule 30 forme avec l’une des plaques 10, 20 d’une autre des cellules 30, un premier circuit intercellulaire de refroidissement 15 et l’autre des plaques 10, 20 de la première cellule 30 forme une première plaque d’extrémité
  • L’une des plaques 10, 20 de la dernière cellule 30 forme avec l’une des plaques 10, 20 d’une autre des cellules 30, un dernier circuit intercellulaire de refroidissement 15 et l’autre des plaques 10, 20 de la dernière cellule 30 forme une dernière plaque d’extrémité.
  • Comme représenté à la , l’ensemble 1 comporte une plaque d’obturation 21 comprenant une face de collecte de courant électrique destinée à faire face à une première plaque collectrice de courant électrique et une face d’obturation fixée à la face de refroidissement de la dernière plaque d’extrémité, la face d’obturation et la face de refroidissement de la dernière plaque d’extrémité définissant entre elles des reliefs et des creux pour former un dernier circuit de refroidissement pour la circulation du fluide de refroidissement.
  • L’ensemble 1 comporte en outre une plaque de distribution 11 comprenant une face externe destinée à faire face à une plaque d’interface 17 avec une tuyauterie d’entrée et de sortie du fluide de refroidissement et avec une tuyauterie d’entrée et de sortie du fluide réactif, la plaque de distribution comprenant une face interne fixée à la face de refroidissement de la première plaque d’extrémité, la face interne et la face de refroidissement de la première plaque d’extrémité définissant entre elles des reliefs et des creux pour former un premier circuit de refroidissement pour la circulation du fluide de refroidissement.
  • Dans l’exemple de la , la face d’obturation est soudée à la face de refroidissement de la dernière plaque d’extrémité et la face interne est soudée à la face de refroidissement de la première plaque d’extrémité.
  • Dans l’exemple représenté à la , la face d’obturation de la plaque d’obturation 21 comporte un passage de réactif 12, 13 formé par des reliefs et des creux, pour permettre une communication fluidique entre le collecteur d’entrée de réactif 3, 4 et le circuit de réactif ou pour permettre une communication fluidique entre le collecteur de sortie de réactif 6, 7 et le circuit de réactif.
  • La face d’obturation de la plaque d’obturation 21 comporte un passage de refroidissement 13 formé par des reliefs et des creux, pour permettre une communication fluidique entre le collecteur d’entrée de fluide de refroidissement 5 et le circuit de refroidissement ou pour permettre une communication fluidique entre le collecteur de sortie de fluide de refroidissement 8, 9 et le circuit de refroidissement.
  • Le passage de réactif 12, 13 et le passage de refroidissement 13 peut être ménagé au niveau de la face d’obturation, au niveau de la dernière plaque d’extrémité ou encore sur les deux.
  • La représente une pile à combustible comprenant un ensemble tel que décrit à la .
  • La pile comporte une première plaque collectrice, pour la collecte d’un courant électrique, la première plaque collectrice ayant une face en contact avec la face de collecte de la plaque d’obturation 21 et autre face en contact avec une première plaque électriquement isolante 18.
  • Dans le mode de réalisation de la , la première plaque électriquement isolante 18 est souple.
  • La première plaque collectrice est agencée pour venir s’encastrer dans une zone de réception ménagée sur la face de collecte de la plaque d’obturation 21.
  • La pile comporte en outre une plaque d’interface 17 avec une tuyauterie d’entrée et de sortie du fluide de refroidissement et du fluide réactif.
  • La pile comporte une deuxième plaque électriquement isolante. Cette deuxième plaque électriquement isolante peut être soit sous la forme d’un élément distinct de la plaque d’interface 17 et en contact avec la plaque d’interface 17, ou bien la plaque d’interface 17 joue le rôle de deuxième plaque électriquement isolante, notamment par l’une de ses faces en contact avec la plaque de distribution 11.
  • Dans l’exemple de la , l’ensemble des tuyauteries sont ainsi disposées d’un même côté de l’empilement, l’autre côté étant obturé par la plaque d’obturation 21.
  • Dans l’exemple représenté, la première plaque d’extrémité est une plaque anodique 10 et la dernière plaque d’extrémité est une plaque cathodique 20. En variante, la première plaque d’extrémité est une plaque cathodique 20 et la dernière plaque d’extrémité est une plaque anodique 10.
  • Comme visible sur la , l’ensemble 1 est agencé de sorte que l’ensemble des tuyauteries d’entrée et de sorties des fluides soient disposés du côté d’une seule des extrémités de l’empilement. Ainsi, la plaque d’obturation 21 est une plaque qui ferme l’ensemble des collecteurs et des orifices de la dernière plaque d’extrémité. Une telle plaque d’obturation 21 permet de présenter une face plane pour la collecte du courant électrique généré par la pile.

Claims (10)

  1. Ensemble (1) comportant un empilement d’une pluralité de cellules (30) de pile à combustible à membrane échangeuse de protons, la pluralité de cellules (30) comportant une première cellule (30) à une première extrémité de l’empilement et une dernière cellule (30) à une deuxième extrémité de l’empilement, chaque cellule (30) de la pluralité comportant une plaque anodique (10) et une plaque cathodique (20) prenant en sandwich un Assemblage Membrane Electrodes (16), chaque plaque (10, 20) comprenant une face réactive et une face de refroidissement opposées l'une par rapport à l’autre, la face réactive de chaque plaque (10, 20) étant destinée à faire face à l’Assemblage Membrane Electrodes (16) et étant munie de reliefs et de creux formant un circuit de réactif, pour la circulation d’un fluide réactif, la face de refroidissement de la plaque cathodique (20) d’au moins une des cellules (30) étant destinée à faire face à la face de refroidissement de la plaque anodique (10) d’une autre des cellules (30), en définissant entre elles des reliefs et des creux pour former un circuit intercellulaire de refroidissement (15) pour la circulation d’un fluide de refroidissement, chaque plaque (10, 20) comportant un collecteur d’entrée de réactif (3, 4) formé au travers de la plaque (10, 20) et étant en communication fluidique avec le circuit de réactif, un collecteur de sortie de réactif (6, 7) formé au travers de la plaque (10, 20) et étant en communication fluidique avec le circuit de réactif, un collecteur d’entrée de fluide de refroidissement (5) formé au travers de la plaque (10, 20), un collecteur de sortie de fluide de refroidissement (8, 9) formé au travers de la plaque (10, 20), l’une des plaques (10, 20) de la première cellule (30) formant avec l’une des plaques (10, 20) d’une autre des cellules (30), un premier circuit intercellulaire de refroidissement (15), l’autre des plaques (10, 20) de la première cellule (30) formant une première plaque d’extrémité, l’une des plaques (10, 20) de la dernière cellule (30) formant avec l’une des plaques (10, 20) d’une autre des cellules (30), un dernier circuit intercellulaire de refroidissement (15), l’autre des plaques (10, 20) de la dernière cellule (30) formant une dernière plaque d’extrémité, l’ensemble (1) comportant une plaque d’obturation (21) comprenant une face de collecte de courant électrique destinée à faire face à une première plaque collectrice de courant électrique et une face d’obturation fixée à la face de refroidissement de la dernière plaque d’extrémité, la face d’obturation et la face de refroidissement de la dernière plaque d’extrémité définissant entre elles des reliefs et des creux pour former un dernier circuit de refroidissement pour la circulation du fluide de refroidissement, la plaque d’obturation (21) étant dépourvue de trou traversant pour le passage du fluide de refroidissement au travers de la plaque d’obturation ou pour le passage du fluide réactif au travers de la plaque d’obturation.
  2. Ensemble (1) selon la revendication précédente, la face d’obturation étant collée ou soudée à la face de refroidissement de la dernière plaque d’extrémité.
  3. Ensemble (1) selon l’une des revendications précédentes, la face d’obturation étant fixée à la face de refroidissement de la dernière plaque d’extrémité de sorte à former entre elles, un premier cordon d’étanchéité dont au moins une portion forme une boucle autour du collecteur d’entrée de fluide de refroidissement.
  4. Ensemble (1) selon l’une des revendications précédentes, la face d’obturation étant fixée à la face de refroidissement de la dernière plaque d’extrémité de sorte à former entre elles, un deuxième cordon d’étanchéité dont au moins une portion forme une boucle autour du collecteur de sortie de fluide de refroidissement.
  5. Ensemble (1) selon l’une des revendications précédentes, la face d’obturation étant fixée à la face de refroidissement de la dernière plaque d’extrémité de sorte à former un troisième cordon d’étanchéité dont au moins une portion forme une boucle autour du dernier circuit de refroidissement.
  6. Ensemble (1) selon l’une des revendications précédentes, la face d’obturation étant fixée à la face de refroidissement de la dernière plaque d’extrémité de sorte à former un quatrième cordon d’étanchéité dont au moins une portion forme une boucle autour du collecteur d’entrée de réactif.
  7. Ensemble (1) selon l’une des revendications précédentes, la face d’obturation étant fixée à la face de refroidissement de la dernière plaque d’extrémité de sorte à former un cinquième cordon d’étanchéité dont au moins une portion forme une boucle autour du collecteur de sortie de réactif.
  8. Ensemble (1) selon l’une des revendications précédentes, comportant une plaque de distribution (11) comprenant une face externe destinée à faire face à une plaque d’interface (17) avec une tuyauterie d’entrée et de sortie du fluide de refroidissement et avec une tuyauterie d’entrée et de sortie du fluide réactif, la plaque de distribution (11) comprenant une face interne fixée à la face de refroidissement de la première plaque d’extrémité, la face interne et la face de refroidissement de la première plaque d’extrémité définissant entre elles des reliefs et des creux pour former un premier circuit de refroidissement pour la circulation du fluide de refroidissement, la face interne étant notamment collée ou soudée à la face de refroidissement de la première plaque d’extrémité.
  9. Ensemble (1) selon la revendication précédente, la face interne étant fixée à la face de refroidissement de la première plaque d’extrémité de sorte à former entre elles, un sixième cordon d’étanchéité dont au moins une portion forme une boucle autour du collecteur d’entrée de fluide de refroidissement, et/ou un septième cordon d’étanchéité dont au moins une portion forme une boucle autour du collecteur de sortie de fluide de refroidissement, et/ou un huitième cordon d’étanchéité dont au moins une portion forme une boucle autour du collecteur d’entrée de fluide réactif, et/ou un neuvième cordon d’étanchéité dont au moins une portion forme une boucle autour du collecteur d’entrée de fluide réactif.
  10. Pile à combustible comprenant un ensemble (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, une première plaque collectrice de courant électrique, une deuxième plaque collectrice de courant électrique et une plaque d’interface (17) avec une tuyauterie d’entrée et de sortie du fluide de refroidissement et du fluide réactif.
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