EP4487393A1 - Plaque bipolaire de pile à combustible ou d'électrolyseur - Google Patents

Plaque bipolaire de pile à combustible ou d'électrolyseur

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Publication number
EP4487393A1
EP4487393A1 EP23705579.3A EP23705579A EP4487393A1 EP 4487393 A1 EP4487393 A1 EP 4487393A1 EP 23705579 A EP23705579 A EP 23705579A EP 4487393 A1 EP4487393 A1 EP 4487393A1
Authority
EP
European Patent Office
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plate
monopolar
face
identifier
cooling
Prior art date
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Pending
Application number
EP23705579.3A
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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
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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
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    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/60—Constructional parts of cells
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    • C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
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    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
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    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0297—Arrangements for joining electrodes, reservoir layers, heat exchange units or bipolar separators to each other

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell or electrolyser bipolar plate and an electrolyser or fuel cell assembly with a proton exchange membrane, comprising a stack of a plurality of bipolar plates, a plate plugged at a first end of the stack and a fluid supply plate at a second end of the stack.
  • bipolar plate When manufacturing a bipolar plate it is difficult to distinguish between the different types of monopolar plates available in a plate stock. Indeed, an electrolyzer or fuel cell assembly requires different types of monopolar plates making up either a bipolar plate, or a fluid supply plate, or a plugged plate. It is also difficult to distinguish the different plates (bipolar plate, fluid supply plate, plugged plate) for assembling the cell or the electrolyser, once the manufacture of the bipolar plates, the fluid supply plates and plugged plates is made.
  • the present invention aims to effectively remedy these drawbacks by proposing a bipolar fuel cell or electrolyzer plate comprising a first monopolar plate and a second monopolar plate, each monopolar plate comprising a plurality of collectors formed through the plate, each collector being intended for the circulation of a fluid, each monopolar plate comprising a reactive face and a cooling face opposite one another, the reactive face of each plate being intended to face a Membrane Electrodes Assembly and being provided with reliefs and recesses forming a reagent circuit, for the circulation of a reactive fluid, the cooling face of the first monopolar plate being fixed to the cooling face of the second monopolar plate, defining between them reliefs and recesses to form a cooling circuit of the bipolar plate for the circulation of a cooling fluid, the reactive face and the cooling face of each monopolar plate comprising a peripheral edge, the collectors being formed between the peripheral edge and the reagent circuit or between the peripheral edge and the cooling circuit, the cooling face of the first monopolar plate comprising a first monopolar plate identifier,
  • Such a plate makes it possible to simplify its traceability and its manufacture.
  • the reactive face of the other of the first and of the second monopolar plate has no bipolar plate identifier.
  • Such a characteristic allows identification of the bipolar plate even when the same type of monopolar plate is used both for the manufacture of a bipolar plate and for the manufacture of at least one of the end plates of a set of fuel cell or electrolyser.
  • the first monopolar plate identifier, the second monopolar plate identifier and the bipolar plate identifier are distinct.
  • the identifier comprises at least one alphanumeric character, in particular formed by a relief provided on the surface of the plate, for example an engraving, an embossing or a laser marking.
  • the first monopolar plate identifier and the second monopolar plate identifier are arranged outside the cooling circuit, in particular on the peripheral edge.
  • Such an arrangement allows the traceability of a bipolar plate, by preserving the integrity of the identifier of a monopolar plate even after the destruction of the bipolar plate (by separation of the two monopolar plates constituting the bipolar plate).
  • the identifier of the first monopolar plate and the identifier of the second monopolar plate are arranged in an area devoid of glue or solder.
  • the monopolar plates are made of metal, in particular titanium or stainless steel, the plates being fixed together by welding.
  • the monopolar plates are made of graphite, the plates being fixed together by gluing.
  • the monopolar plates are made of machined graphite or expanded graphite, for example grafoil.
  • one of the first monopolar plate and of the second monopolar plate is an anode plate and the other of the first monopolar plate and of the second monopolar plate is a cathode plate.
  • the invention further relates to a fuel cell assembly with a proton exchange membrane or an electrolyser comprising a stack of a plurality of bipolar plates as described above, the reactive face of the monopolar plates of each bipolar plate facing to a Membrane Electrode Assembly, the assembly including a plugged plate at a first end of the stack, the assembly including a fluid supply plate at a second end of the stack, the plugged plate including a third monopolar plate attached to a blanking plate, the feed plate including a fourth monopolar plate attached to a distribution plate, the cooling face of the third monopolar plate including a third monopolar plate identifier, the blanking plate including a face shutter intended to face the cooling face of the third monopolar plate and an outer face opposite the shutter face, the shutter face comprising a shutter plate identifier, the outer face comprising a clogged plate.
  • one of the third monopolar plate and the fourth monopolar plate is an anode plate and the other of the third monopolar plate of the second end fourth monopolar plate is a cathode plate.
  • the identifier of the third monopolar plate, the identifier of the closing plate and the identifier of the plugged plate are distinct.
  • the first monopolar plate identifier, the second monopolar plate identifier, the bipolar plate identifier, the closure plate identifier and the plugged plate identifier are all distinct.
  • the third monopolar plate is identical to the first monopolar or is identical to the second monopolar plate.
  • the reactive face of the third monopolar plate has no clogged plate identifier.
  • the invention finally relates to an electrolyser or a fuel cell, in particular with a proton exchange membrane, comprising an assembly as described above or at least one bipolar plate as described above.
  • the electrolyser or the fuel cell comprises a first electric current collector plate, a second electric current collector plate and an interface plate with an inlet and outlet pipe for the cooling fluid and the fluid reagent.
  • a fuel cell or electrolyzer bipolar plate 100 comprising a first monopolar plate 10, 110 and a second monopolar plate 20, 120.
  • Each monopolar plate 10, 20, 110, 120 comprises a plurality of collectors 130 formed through the plate, each collector 130 being intended for the circulation of a fluid.
  • Each monopolar plate 10, 20, 110, 120 comprises a reactive face and a cooling face opposite one another, the reactive face of each plate being intended to face a Membrane Electrodes Assembly 16 and being provided reliefs and hollows forming a reagent circuit 150, for the circulation of a reactive fluid.
  • the cooling face of the first monopolar plate is fixed to the cooling face of the second monopolar plate, by defining between them reliefs and hollows to form a cooling circuit 15 of the bipolar plate for the circulation of a fluid of cooling (also called intercellular cooling circuit 15).
  • the reactive face and the cooling face of each monopolar plate 100 comprises a peripheral edge 140.
  • the collectors 130 are formed between the peripheral edge 140 and the reactive circuit 150 or between the peripheral edge 140 and the cooling circuit.
  • the cooling face of the first monopolar plate 10, 110 includes a first monopolar plate identifier.
  • the cooling face of the second monopolar plate 20, 120 includes a second monopolar plate identifier.
  • the reactive face 150 of one of the first and second monopolar plates includes a bipolar plate identifier.
  • the reactive face 150 on the other of the first and second monopolar plates being devoid of a bipolar plate identifier.
  • the only way to identify a bipolar plate 100 is to consider the unique bipolar plate identifier, which is on the reactive face 150 of one of the first and second monopolar plates.
  • the first monopolar plate identifier, the second monopolar plate identifier and the bipolar plate identifier are all distinct, each identifier comprising at least one alphanumeric character, in particular formed by a relief provided on the surface of the plate, for example engraving, embossing or laser marking.
  • the first monopolar plate identifier and the second monopolar plate identifier are arranged outside the cooling circuit, in particular on the peripheral edge. Specifically, the first monopolar plate identifier and the second monopolar plate identifier are both disposed in an area devoid of the glue or solder used to attach the two monopolar plates together.
  • the first monopolar plate is an anode plate 10 and the second monopolar plate is a cathode plate 20.
  • proton exchange membrane fuel cell assembly 1 comprising a stack of a plurality of bipolar plates 100 as represented in .
  • each bipolar plate 100 faces a Membrane Electrodes Assembly 16.
  • Set 1 further comprises a plugged plate at a first end of the stack.
  • Assembly 1 finally comprises a fluid supply plate at a second end of the stack.
  • the plugged plate has a third monopolar plate attached to a blanking plate 21 and the supply plate has a fourth monopolar plate attached to a distribution plate 11.
  • the cooling face of the third monopolar plate has a third monopolar plate identifier.
  • the shutter plate 21 has a shutter face intended to face the cooling face of the third monopolar plate and an outer face opposite the shutter face.
  • the blanking face has a blanking plate identifier and the outer face has a plugged plate identifier.
  • the third monopolar plate is a cathode plate 20 and the fourth monopolar plate is an anode plate 10.
  • Monopolar Third Plate ID, Blanking Plate ID and Plugged Plate ID are all separate.
  • the reactive side of the third monopolar plate does not have a plugged plate identifier.
  • the third monopolar plate and the second monopolar plate are identical.
  • the cooling face of the first monopolar plate is fixed to the cooling face of the second monopolar plate so as to form between them a sealing cord, at least a portion of which forms a loop around each collector.
  • the internal face of the distribution plate 11 is fixed to the cooling face of the fourth monopolar plate so as to form between them a sealing bead, at least a portion of which forms a loop around each manifold.
  • the closing face is fixed to the cooling face of the third monopolar plate so as to form between them a sealing bead of which at least a portion forms a loop around each collector.
  • each monopolar plate comprises a groove intended to receive a seal, at least a portion of which forms a loop entirely surrounding at least one collector, in particular each collector, said seal being in particular intended to be in contact with the MEA.
  • Such an assembly 1 can also be defined by a stack of a plurality of cells 30 in which each cell 30 comprises a monopolar plate of a bipolar plate 100 (here, an anode plate 10) and a monopolar plate of another bipolar plate 100 (here, a cathode plate 20), sandwiching a Membrane Electrodes Assembly 16.
  • the plurality of cells 30 comprises a first cell 30 at a first end of the stack and a last cell 30 at a second end of the stack.
  • 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 reliefs and depressions between them to form the intercellular cooling circuit 15 for the circulation of a cooling fluid.
  • 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 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 end plate, the face d shutter 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 distribution plate 11 comprises 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 for the reactive fluid, the distribution comprising an internal face fixed to the cooling face of the first end plate (the cooling face of the fourth monopolar plate), the internal face and the cooling face of the first end plate defining reliefs between them and depressions to form a first cooling circuit for the circulation of the cooling fluid.
  • the internal face of the distribution plate 11 includes a distribution plate identifier.
  • the cooling face of the fourth monopolar plate has a third monopolar plate identifier.
  • One of the outer face of the distribution plate 11 and the reactive face of the fourth monopolar plate has a supply plate identifier.
  • 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 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 une plaque bipolaire (100) de pile à combustible ou d'électrolyseur, comportant une première plaque monopolaire (110) et une deuxième plaque monopolaire (120), chaque plaque monopolaire (110, 120) comprenant une pluralité de collecteurs (130) formés au travers de la plaque, chaque collecteur (130) étant destiné à la circulation d'un fluide, chaque plaque monopolaire (110, 120) comportant 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 un Assemblage Membrane Electrodes et étant munie de reliefs et de creux formant un circuit de réactif (150), pour la circulation d'un fluide réactif. Les faces de refroidissement de la première et de la deuxième plaque monopolaire comportent un identifiant de première et deuxième plaque monopolaire, respectivement. La face réactive d'une des deux plaques monopolaires comporte un identifiant de plaque bipolaire.

Description

    Plaque bipolaire de pile à combustible ou d’électrolyseur
  • La présente invention concerne une plaque bipolaire de pile à combustible ou d’électrolyseur et un ensemble d’électrolyseur ou de pile à combustible à membrane échangeuse de protons, comportant un empilement d’une pluralité de plaques bipolaires, une plaque bouchée à une première extrémité de l’empilement et une plaque d’alimentation en fluides à une deuxième extrémité de l’empilement.
  • Lors de la fabrication d’une plaque bipolaire il est difficile de distinguer les différents types de plaques monopolaires disponibles dans un stock de plaques. En effet, un ensemble d’électrolyseur ou de pile à combustible nécessite différents types de plaques monopolaires composant soit une plaque bipolaire, soit une plaque d’alimentation en fluides, soit une plaque bouchée. Il est par ailleurs difficile de distinguer les différentes plaques (plaque bipolaire, plaque d’alimentation en fluides, plaque bouchée) pour assembler la pile ou l’électrolyseur, une fois que la fabrication des plaques bipolaires, des plaques d’alimentation en fluides et des plaques bouchées est réalisée.
  • Il existe un besoin pour identifier précisément les plaques monopolaires avant la fabrication des plaques bipolaires. Il existe en outre un besoin pour identifier les plaques bipolaires, les plaques d’alimentation et les plaques bouchées, une fois qu’elles sont fabriquées par l’assemblage de deux plaques monopolaires ou par l’assemblage d’une plaque monopolaire et d’une autre plaque.
  • Il existe en enfin un besoin de traçabilité pour identifier chaque plaque monopolaire composant une plaque bipolaire, notamment lorsqu’il existe une défaillance au niveau d’une pile à combustible ou d’un électrolyseur.
  • La présente invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant une plaque bipolaire de pile à combustible ou d’électrolyseur comportant une première plaque monopolaire et une deuxième plaque monopolaire, chaque plaque monopolaire comprenant une pluralité de collecteurs formés au travers de la plaque, chaque collecteur étant destiné à la circulation d’un fluide, chaque plaque monopolaire comportant 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 un 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 première plaque monopolaire étant fixée à la face de refroidissement de la deuxième plaque monopolaire, en définissant entre elles des reliefs et des creux pour former un circuit de refroidissement de la plaque bipolaire pour la circulation d’un fluide de refroidissement, la face réactive et la face de refroidissement de chaque plaque monopolaire comportant un bord périphérique, les collecteurs étant formés entre le bord périphérique et le circuit de réactif ou entre le bord périphérique et le circuit de refroidissement, la face de refroidissement de la première plaque monopolaire comportant un identifiant de première plaque monopolaire, la face de refroidissement de la deuxième plaque monopolaire comportant un identifiant de deuxième plaque monopolaire, la face réactive de l’une de la première et de la deuxième plaque monopolaire comportant un identifiant de plaque bipolaire.
  • Une telle plaque permet de simplifier sa traçabilité et sa fabrication.
  • Selon une réalisation, la face réactive de l’autre de la première et de la deuxième plaque monopolaire est dépourvue d’identifiant de plaque bipolaire.
  • Une telle caractéristique permet une identification de la plaque bipolaire même lorsqu’un même type de plaque monopolaire est utilisé aussi bien pour la fabrication d’une plaque bipolaire que pour la fabrication d’au moins une des plaques d’extrémité d’un ensemble de pile à combustible ou d’électrolyseur.
  • Selon une réalisation, l’identifiant de première plaque monopolaire, l’identifiant de deuxième plaque monopolaire et l’identifiant de plaque bipolaire sont distincts.
  • Selon une réalisation, l’identifiant comporte au moins un caractère alphanumérique, notamment formé par un relief ménagé à la surface de la plaque, par exemple une gravure, un embossage ou un marquage laser.
  • Selon une réalisation, l’identifiant de première plaque monopolaire et l’identifiant de deuxième plaque monopolaire sont disposés en dehors du circuit de refroidissement, notamment sur le bord périphérique.
  • Un tel agencement permet la traçabilité d’une plaque bipolaire, en conservant l’intégrité de l’identifiant d’une plaque monopolaire même après la destruction de la plaque bipolaire (par séparation des deux plaques monopolaires constituant la plaque bipolaire).
  • Selon une réalisation, l’identifiant de première plaque monopolaire et l’identifiant de deuxième plaque monopolaire sont disposés dans une zone dépourvue de colle ou de soudure.
  • Selon une réalisation, les plaques monopolaires sont en métal, notamment en titane ou en acier inoxydable, les plaques étant fixées entre elles par soudure.
  • Selon une réalisation, les plaques monopolaires sont en graphite, les plaques étant fixées entre elles par collage.
  • Selon une réalisation, les plaques monopolaires sont en graphite usiné ou en graphite expansé, par exemple en grafoil.
  • Selon une réalisation, l’une de la première plaque monopolaire et de la deuxième plaque monopolaire est une plaque anodique et l’autre de la première plaque monopolaire et de la deuxième plaque monopolaire est une plaque cathodique.
  • L’invention concerne en outre un ensemble de pile à combustible à membrane échangeuse de protons ou d'électrolyseur comportant un empilement d’une pluralité de plaques bipolaires telles que décrites ci-dessus, la face réactive des plaques monopolaire de chaque plaque bipolaire faisant face à un Assemblage Membrane Electrodes, l’ensemble comportant une plaque bouchée à une première extrémité de l’empilement, l’ensemble comportant une plaque d’alimentation en fluides à une deuxième extrémité de l’empilement, la plaque bouchée comportant une troisième plaque monopolaire fixée à une plaque d’obturation, la plaque d’alimentation comportant une quatrième plaque monopolaire fixée à une plaque de distribution, la face de refroidissement de la troisième plaque monopolaire comportant un identifiant de troisième plaque monopolaire, la plaque d’obturation comportant une face d’obturation destinée à faire face à la face de refroidissement de la troisième plaque monopolaire et une face externe opposée à la face d’obturation, la face d’obturation comportant un identifiant de plaque d’obturation, la face externe comportant un identifiant de plaque bouchée.
  • Selon une réalisation, l’une de la troisième plaque monopolaire et de la quatrième plaque monopolaire est une plaque anodique et l’autre de la troisième plaque monopolaire de la quatrième plaque monopolaire de deuxième extrémité est une plaque cathodique.
  • Selon une réalisation, l’identifiant de troisième plaque monopolaire, l’identifiant de plaque d’obturation et l’identifiant de plaque bouchée sont distincts.
  • Selon une réalisation, l’identifiant de première plaque monopolaire, l’identifiant de deuxième plaque monopolaire, l’identifiant de plaque bipolaire, l’identifiant de plaque d’obturation et l’identifiant de plaque bouchée sont tous distincts.
  • Selon une réalisation, la troisième plaque monopolaire est identique à la première monopolaire ou est identique à la deuxième plaque monopolaire.
  • Selon une réalisation, la face réactive de la troisième plaque monopolaire est dépourvue d’identifiant de plaque bouchée.
  • L’invention concerne enfin un électrolyseur ou une pile à combustible, notamment à membrane échangeuse de protons, comprenant un ensemble tel que décrit ci-dessus ou au moins une plaque bipolaire telle que décrite ci-dessus.
  • Selon une réalisation, l’électrolyseur ou la pile à combustible comporte 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.
  • 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‘une plaque bipolaire selon 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 une plaque bipolaire 100 de pile à combustible ou d’électrolyseur comportant une première plaque monopolaire 10, 110 et une deuxième plaque monopolaire 20, 120. Chaque plaque monopolaire 10, 20, 110, 120 comprend une pluralité de collecteurs 130 formés au travers de la plaque, chaque collecteur 130 étant destiné à la circulation d’un fluide. Chaque plaque monopolaire 10, 20, 110, 120 comporte 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 un Assemblage Membrane Electrodes 16 et étant munie de reliefs et de creux formant un circuit de réactif 150, pour la circulation d’un fluide réactif.
  • La face de refroidissement de la première plaque monopolaire est fixée à la face de refroidissement de la deuxième plaque monopolaire, en définissant entre elles des reliefs et des creux pour former un circuit de refroidissement 15 de la plaque bipolaire pour la circulation d’un fluide de refroidissement (aussi appelé circuit intercellulaire de refroidissement 15).
  • La face réactive et la face de refroidissement de chaque plaque monopolaire 100 comporte un bord périphérique 140. Les collecteurs 130 sont formés entre le bord périphérique 140 et le circuit de réactif 150 ou entre le bord périphérique 140 et le circuit de refroidissement. La face de refroidissement de la première plaque monopolaire 10, 110 comporte un identifiant de première plaque monopolaire. La face de refroidissement de la deuxième plaque monopolaire 20, 120 comporte un identifiant de deuxième plaque monopolaire. La face réactive 150 de l’une de la première et de la deuxième plaque monopolaire comporte un identifiant de plaque bipolaire.
  • Dans l’exemple considéré, la face réactive 150 de l’autre de la première et de la deuxième plaque monopolaire étant dépourvue d’identifiant de plaque bipolaire. Autrement dit, le seul moyen d’identifier une plaque bipolaire 100 est de prendre en considération l’unique identifiant de plaque bipolaire, qui se trouve sur la face réactive 150 de l’une de la première et de la deuxième plaque monopolaire.
  • L’identifiant de première plaque monopolaire, l’identifiant de deuxième plaque monopolaire et l’identifiant de plaque bipolaire sont tous distincts, chaque identifiant comportant au moins un caractère alphanumérique, notamment formé par un relief ménagé à la surface de la plaque, par exemple une gravure, un embossage ou un marquage laser.
  • L’identifiant de première plaque monopolaire et l’identifiant de deuxième plaque monopolaire sont disposés en dehors du circuit de refroidissement, notamment sur le bord périphérique. Plus précisément, l’identifiant de première plaque monopolaire et l’identifiant de deuxième plaque monopolaire sont tous deux disposés dans une zone dépourvue de la colle ou de la soudure utilisée pour la fixation des deux plaques monopolaires entre elles.
  • Dans l’exemple de la , la première plaque monopolaire est une plaque anodique 10 et la deuxième plaque monopolaire est une plaque cathodique 20.
  • La représente un ensemble 1 de pile à combustible à membrane échangeuse de protons comportant un empilement d’une pluralité de plaques bipolaires 100 telles que représentées à la .
  • La face réactive des plaques monopolaire de chaque plaque bipolaire 100 fait face à un Assemblage Membrane Electrodes 16.
  • L’ensemble 1 comporte en outre une plaque bouchée à une première extrémité de l’empilement. L’ensemble 1 comporte enfin une plaque d’alimentation en fluides à une deuxième extrémité de l’empilement.
  • La plaque bouchée comporte une troisième plaque monopolaire fixée à une plaque d’obturation 21 et la plaque d’alimentation comporte une quatrième plaque monopolaire fixée à une plaque de distribution 11.
  • La face de refroidissement de la troisième plaque monopolaire comporte un identifiant de troisième plaque monopolaire. La plaque d’obturation 21 comporte une face d’obturation destinée à faire face à la face de refroidissement de la troisième plaque monopolaire et une face externe opposée à la face d’obturation. La face d’obturation comporte un identifiant de plaque d’obturation et la face externe comporte un identifiant de plaque bouchée.
  • Ainsi, une fois que sont fabriquées les plaques bipolaires, les plaques bouchées et les plaques d’alimentation en fluides, il est possible de distinguer les plaques entre elles lors de l’assemblage de l’ensemble 1.
  • Dans l’exemple de la , la troisième plaque monopolaire est une plaque cathodique 20 et la quatrième plaque monopolaire est une plaque anodique 10.
  • L’identifiant de troisième plaque monopolaire, l’identifiant de plaque d’obturation et l’identifiant de plaque bouchée sont tous distincts. La face réactive de la troisième plaque monopolaire est dépourvue d’identifiant de plaque bouchée.
  • Dans l’exemple de la , la troisième plaque monopolaire et la deuxième plaque monopolaire sont identiques. Le fait que les identifiants des plaques bipolaires et des plaques bouchées soient portés respectivement par la plaque anodique 10 de la plaque bipolaire et la plaque d’obturation 21, permet une identification correcte des plaques bipolaires et des plaques bouchées tout en utilisant la même plaque monopolaire en tant que plaque cathodique 20.
  • La face de refroidissement de la première plaque monopolaire est fixée à la face de refroidissement de la deuxième plaque monopolaire de sorte à former entre elles, un cordon d’étanchéité dont au moins une portion forme une boucle autour de chaque collecteur.
  • La face interne de la plaque de distribution 11 est fixée à la face de refroidissement de la quatrième plaque monopolaire de sorte à former entre elles, un cordon d’étanchéité dont au moins une portion forme une boucle autour de chaque collecteur.
  • La face d’obturation est fixée à la face de refroidissement de la troisième plaque monopolaire de sorte à former entre elles, un cordon d’étanchéité dont au moins une portion forme une boucle autour de chaque collecteur.
  • La face réactive de chaque plaque monopolaire comporte une saignée destinée à recevoir un joint dont au moins une portion forme une boucle entourant entièrement au moins un collecteur, notamment chaque collecteur, ledit joint étant notamment destiné être en contact avec l’AME.
  • Un tel ensemble 1 peut aussi se définir par un empilement d’une pluralité de cellules 30 dans lequel, chaque cellule 30 comprend une plaque monopolaire d’une plaque bipolaire 100 (ici, une plaque anodique 10) et une plaque monopolaire d’une autre plaque bipolaire 100 (ici, une plaque cathodique 20), prenant en sandwich un Assemblage Membrane Electrodes 16.
  • En référence à la , 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.
  • 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 le 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 , la 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 de distribution 11 comprend 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 de refroidissement de la quatrième plaque monopolaire), 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 de la plaque de distribution 11 comporte un identifiant de plaque de distribution. La face de refroidissement de la quatrième plaque monopolaire comporte un identifiant de troisième plaque monopolaire. L’une de la face externe de la plaque de distribution 11 et de la face réactive de la quatrième plaque monopolaire comporte un identifiant de plaque d’alimentation.
  • 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 en lien avec 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 les 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 (8)

  1. Plaque bipolaire (100) de pile à combustible ou d’électrolyseur comportant une première plaque monopolaire (10, 110) et une deuxième plaque monopolaire (20, 120), chaque plaque monopolaire (10, 20, 110, 120) comprenant une pluralité de collecteurs (130) formés au travers de la plaque, chaque collecteur (130) étant destiné à la circulation d’un fluide, chaque plaque monopolaire (10, 20, 110, 120) comportant 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 un Assemblage Membrane Electrodes (16) et étant munie de reliefs et de creux formant un circuit de réactif (150), pour la circulation d’un fluide réactif, la face de refroidissement de la première plaque monopolaire étant fixée à la face de refroidissement de la deuxième plaque monopolaire, en définissant entre elles des reliefs et des creux pour former un circuit de refroidissement (15) de la plaque bipolaire pour la circulation d’un fluide de refroidissement, la face réactive et la face de refroidissement de chaque plaque monopolaire comportant un bord périphérique (140), les collecteurs (130) étant formés entre le bord périphérique (140) et le circuit de réactif (150) ou entre le bord périphérique (140) et le circuit de refroidissement, la face de refroidissement de la première plaque monopolaire comportant un identifiant de première plaque monopolaire, la face de refroidissement de la deuxième plaque monopolaire comportant un identifiant de deuxième plaque monopolaire, la face réactive (150) de l’une de la première et de la deuxième plaque monopolaire comportant un identifiant de plaque bipolaire, l’identifiant de première plaque monopolaire, l’identifiant de deuxième plaque monopolaire et l’identifiant de plaque bipolaire étant distincts, chaque identifiant comportant au moins un caractère alphanumérique, notamment formé par un relief ménagé à la surface de la plaque, par exemple une gravure, un embossage ou un marquage laser.
  2. Plaque bipolaire (100) selon la revendication précédente, l’identifiant de première plaque monopolaire et l’identifiant de deuxième plaque monopolaire étant disposés en dehors du circuit de refroidissement, notamment sur le bord périphérique.
  3. Plaque bipolaire (100) selon l’une des revendications précédentes, l’une de la première plaque monopolaire et de la deuxième plaque monopolaire étant une plaque anodique (10) et l’autre de la première plaque monopolaire et de la deuxième plaque monopolaire étant une plaque cathodique (20).
  4. Ensemble (1) de pile à combustible à membrane échangeuse de protons ou d’électrolyseur comportant un empilement d’une pluralité de plaques bipolaires (100) selon l’une des revendications précédentes, la face réactive des plaques monopolaire de chaque plaque bipolaire (100) faisant face à un Assemblage Membrane Electrodes (16), l’ensemble (1) comportant une plaque bouchée à une première extrémité de l’empilement, l’ensemble (1) comportant une plaque d’alimentation en fluides à une deuxième extrémité de l’empilement, la plaque bouchée comportant une troisième plaque monopolaire fixée à une plaque d’obturation (21), la plaque d’alimentation comportant une quatrième plaque monopolaire fixée à une plaque de distribution (11), la face de refroidissement de la troisième plaque monopolaire comportant un identifiant de troisième plaque monopolaire, la plaque d’obturation (21) comportant une face d’obturation destinée à faire face à la face de refroidissement de la troisième plaque monopolaire et une face externe opposée à la face d’obturation, la face d’obturation comportant un identifiant de plaque d’obturation, la face externe comportant un identifiant de plaque bouchée.
  5. Ensemble selon la revendication précédente, l’une de la troisième plaque monopolaire et de la quatrième plaque monopolaire étant une plaque anodique (10) et l’autre de la troisième plaque monopolaire de la quatrième plaque monopolaire de deuxième extrémité étant une plaque cathodique (20).
  6. Ensemble selon l’une des revendications 4 à 5, l’identifiant de troisième plaque monopolaire, l’identifiant de plaque d’obturation et l’identifiant de plaque bouchée étant distincts.
  7. Ensemble selon l’une des revendications 4 à 6, la face réactive de la troisième plaque monopolaire étant dépourvue d’identifiant de plaque bouchée.
  8. Électrolyseur ou pile à combustible, notamment à membrane échangeuse de protons, comprenant un ensemble (1) selon l’une quelconque des revendications 4 à 7 ou au moins une plaque bipolaire (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, 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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