FR2831995A1 - Ensemble destine a une pile a combustible, comportant une plaque bipolaire et ses moyens d'etancheite et procede de fabrication dudit ensemble - Google Patents
Ensemble destine a une pile a combustible, comportant une plaque bipolaire et ses moyens d'etancheite et procede de fabrication dudit ensemble Download PDFInfo
- Publication number
- FR2831995A1 FR2831995A1 FR0201487A FR0201487A FR2831995A1 FR 2831995 A1 FR2831995 A1 FR 2831995A1 FR 0201487 A FR0201487 A FR 0201487A FR 0201487 A FR0201487 A FR 0201487A FR 2831995 A1 FR2831995 A1 FR 2831995A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- assembly
- sealing means
- bipolar plate
- electrode
- edges
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- 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
- H01M8/0202—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
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
-
- 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
- H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
-
- 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
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
-
- 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
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1007—Fuel cells with solid electrolytes with both reactants being gaseous or vaporised
-
- 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
- H01M8/24—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
-
- 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
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
L'invention concerne un ensemble destiné à une pile à combustible comprenant une plaque bipolaire et des moyens d'étanchéité, ladite plaque étant munie de bords (5) constituant la partie externe de celle-ci et comportant au moins un support (1) séparant deux circuits de fluides, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité enveloppent lesdits bords de la plaque bipolaire.Cet ensemble peut comprendre, en outre, au moins un assemblage électrode-membrane-électrode muni de ses propres moyens d'étanchéité.
Description
<Desc/Clms Page number 1>
ENSEMBLE DESTINÉ À UNE PILE À COMBUSTIBLE, COMPORTANT
UNE PLAQUE BIPOLAIRE ET SES MOYENS D'ÉTANCHÉITÉ ET
PROCÉDÉ DE FABRICATION DUDIT ENSEMBLE
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention a trait à un système d'étanchéité destiné à assurer l'étanchéité des plaques bipolaires, entrant dans la constitution des piles à combustible.
UNE PLAQUE BIPOLAIRE ET SES MOYENS D'ÉTANCHÉITÉ ET
PROCÉDÉ DE FABRICATION DUDIT ENSEMBLE
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention a trait à un système d'étanchéité destiné à assurer l'étanchéité des plaques bipolaires, entrant dans la constitution des piles à combustible.
Plus généralement, l'invention concerne le système d'étanchéité des cellules élémentaires de pile à combustible.
Cette invention s'applique donc au domaine des piles à combustible, et plus particulièrement des piles fonctionnant à basse température et utilisant une membrane comme électrolyte.
Les piles à combustible du type à électrolyte polymère solide trouvent, en particulier, leur application dans les véhicules électriques, qui font à l'heure actuelle l'objet de nombreux programmes de développement, afin de trouver des solutions à la pollution engendrée par les véhicules à moteur thermique.
Les piles à combustible à électrolyte polymère solide permettent, en jouant le rôle de convertisseur d'énergie électrochimique associé à un réservoir d'énergie embarquée, par exemple de l'hydrogène ou un alcool, de surmonter les problèmes liés au temps de
<Desc/Clms Page number 2>
recharge et de coût des batteries utilisées actuellement.
Une pile à combustible est constituée d'un empilement de cellules élémentaires, chaque cellule comprenant, généralement, une paire de plaques bipolaires et un assemblage électrode-membrane- électrode (EME) placé entre ces deux plaques.
La membrane de type échangeuse d'ions formée d'un électrolyte solide polymère sert à séparer le compartiment anodique, où se produit l'oxydation du combustible, tel que l'hydrogène pour les piles à hydrogène/air, du compartiment cathodique, où a lieu la réduction du comburant, tel que l'oxygène, avec production d'eau. Ces réactions ne peuvent avoir lieu, que s'il existe un électrolyte entre les deux électrodes, qui assure le transport des ions vers le compartiment cathodique, ces ions se recombinant avec les ions produits par la réduction, par exemple de l'oxygène de l'air pour donner, par exemple de l'eau.
Le bon déroulement de la réaction nécessite également un conducteur électronique, assurant le transport des électrons vers le circuit électrique externe.
L'EME est disposé entre deux plaques étanches, qui assurent la continuité électrique entre la cathode d'une cellule et l'anode de la cellule adjacente. Ces plaques sont communément désignées sous la dénomination de plaques bipolaires. Elles assurent, également, la distribution des réactifs, tels que le combustible côté anode et le comburant, côté cathode. Elles participent aussi à la cohésion mécanique de l'empilement et
<Desc/Clms Page number 3>
peuvent aussi participer à l'évacuation de la chaleur produite par les réactions électrochimiques.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Les problèmes d'étanchéité, liés au fonctionnement d'une pile à combustible ont trouvé différentes solutions dans l'art antérieur.
Les problèmes d'étanchéité, liés au fonctionnement d'une pile à combustible ont trouvé différentes solutions dans l'art antérieur.
L'étanchéité d'une cellule élémentaire de pile à combustible est assurée, généralement par le positionnement de joints entre la plaque bipolaire et la membrane, afin d'éviter les fuites de combustible et de comburant, ce qui est préjudiciable au bon fonctionnement de la cellule.
Ainsi, le brevet EP 0629015 [1] présente un tel exemple de réalisation de système d'étanchéité. Les joints, selon cette publication, se présentent sous la forme de feuilles en matériau polymère positionnées d'un coté sur la plaque bipolaire et de l'autre sur la membrane électrolytique. De tels joints réalisent, de ce fait, en même temps, l'étanchéité autour des zones actives de la cellule et au niveau des collecteurs d'entrée et de sortie des fluides usinés au niveau de la plaque bipolaire. Chaque plaque bipolaire comporte, dans ce type de configuration, au moins deux joints, à savoir un joint pour le compartiment anodique d'une cellule, un joint pour le compartiment cathodique de la cellule adjacente et si nécessaire, un joint pour l'éventuel échangeur thermique intégré à ladite plaque.
Ces différents joints sont maintenus dans leur position grâce à une pression de serrage appliquée à l'empilement de cellules de pile à combustible.
<Desc/Clms Page number 4>
Toutefois, le fait de devoir positionner les différents éléments de l'empilement puis ensuite d'appliquer une pression de serrage pour assurer la cohésion mécanique de cet empilement rend délicat le montage, voire le démontage des piles à combustibles constituées de cette façon.
En effet, les piles sont constituées d'un grand nombre de cellules élémentaires. L'empilement de ces cellules s'effectue manuellement, travail rendu difficile, notamment par l'extrême minceur de chacun des éléments de cellule, tels que les joints, les électrodes, les membranes. De ce fait, il y a une probabilité accrue, que les joints, notamment, soient mal alignés vis-à-vis des pièces environnantes, lorsque le nombre de cellules constituant l'empilement augmente. De plus, le montage manuel des cellules augmente considérablement le temps d'assemblage et la possibilité d'effectuer une erreur dans l'alternance des différents éléments de cellule.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
Le but de l'invention est donc de proposer un ensemble comprenant une plaque bipolaire et des moyens d'étanchéité, qui ne présente pas les inconvénients des systèmes d'étanchéité de l'art antérieur et qui résolve les problèmes des systèmes d'étanchéité pour plaques bipolaires utilisés dans l'art antérieur et qui permette notamment de faciliter le montage des cellules élémentaires.
Le but de l'invention est donc de proposer un ensemble comprenant une plaque bipolaire et des moyens d'étanchéité, qui ne présente pas les inconvénients des systèmes d'étanchéité de l'art antérieur et qui résolve les problèmes des systèmes d'étanchéité pour plaques bipolaires utilisés dans l'art antérieur et qui permette notamment de faciliter le montage des cellules élémentaires.
Le but de l'invention est encore de fournir des procédés de fabrication d'un tel ensemble, qui soient notamment simples d'exécution.
<Desc/Clms Page number 5>
Pour ce faire, l'invention a pour objet un ensemble comprenant une plaque bipolaire et des moyens d'étanchéité, ladite plaque étant munie de bords constituant la partie externe de celle-ci et comportant au moins un support séparant deux circuits de fluides, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité enveloppent lesdits bords de la plaque bipolaire.
Par partie externe de la plaque , on entend, selon l'invention, la partie qui affleure en surface, après constitution d'une cellule élémentaire de pile à combustible par association filtre-presse, tel que décrit dans l'art antérieur. Cette définition est valable pour d'autres éléments que la plaque bipolaire.
Par la suite, on utilisera uniquement la dénomination les bords pour désigner les bords constituant la partie externe .
Ainsi, selon l'invention, les moyens d'étanchéité peuvent se présenter sous forme d'un cadre monté directement sur les bords constituant la partie externe de la plaque. Ce cadre enveloppe ainsi lesdits bords, de façon à recouvrir complètement la partie externe de la plaque et de ce fait des circuits de fluide.
L'ensemble selon l'invention constitue ainsi un ensemble solidaire, ce qui résout notamment les problèmes de positionnement, rencontrés dans l'art antérieur, des moyens d'étanchéité lors du montage des cellules, lorsque ces moyens d'étanchéité sont de simples joints intercalés, par exemple, sous forme de feuilles polymères entre une plaque et la membrane d'une cellule. De plus, cet ensemble, selon l'invention, permet d'assurer l'étanchéité de la plaque..
<Desc/Clms Page number 6>
bipolaire et permet ainsi d'éviter les fuites de fluide vers l'extérieur.
En ce qui concerne la plaque entrant dans la constitution de l'ensemble selon l'invention, celle-ci peut comprendre au moins un circuit de refroidissement disposé entre deux supports, tels que définis précédemment ou encore comprendre une association de deux demi-plaques comportant chacune au moins un support séparant un circuit de distribution des réactifs et un circuit de refroidissement.
Dans le cas d'une plaque avec au moins un circuit de refroidissement disposé entre deux supports, chaque support réalise conformément à l'invention, une séparation entre deux circuits de fluide, soit dans ce cas de figure la séparation entre un circuit de distribution de réactifs et le circuit de refroidissement ou entre deux circuits de refroidissement, si la plaque comporte plusieurs circuits de refroidissement. Les moyens d'étanchéité, selon l'invention, enveloppent les bords de ladite plaque, par exemple, de la même manière que celle définie précédemment et évitent ainsi, sans recourir à une pression de serrage, une fuite de fluides vers l'extérieur, à savoir une fuite de réactifs ou de liquide de refroidissement. Ceci permet notamment de ne plus avoir recours à un joint intermédiaire positionné sous forme de pièce intercalaire entre les supports et le circuit de refroidissement et simplifie, de ce fait, le montage des cellules élémentaires constitutives des piles à combustible.
<Desc/Clms Page number 7>
Dans le cas d'une plaque résultant de l'association de deux demi-plaques, les moyens d'étanchéité enveloppent les bords, par exemple, de chacune des demi-plaques afin d'assurer l'étanchéité vers l'extérieur des circuits de distribution des réactifs et de refroidissement.
Selon une forme particulièrement avantageuse de l'invention, les moyens d'étanchéité de l'ensemble selon l'invention comprennent en outre en tout ou partie des collecteurs de fluide. Une telle disposition présente l'avantage de minimiser les problèmes de corrosion rencontrés notamment, lorsque les collecteurs de fluide sont réalisés intégralement au niveau des plaques bipolaires, qui sont généralement métalliques.
Selon l'invention, les moyens d'étanchéité peuvent consister en au moins un joint d'étanchéité.
Par exemple, pour une plaque bipolaire comportant deux supports encadrant un circuit de refroidissement, les moyens d'étanchéité peuvent consister en un seul joint d'étanchéité enveloppant les bords de ladite plaque, afin d'assurer l'étanchéité à la fois des circuits de distribution des réactifs et de chaque circuit de refroidissement.
Pour une plaque résultant de l'association de deux demi-plaques, les moyens d'étanchéité peuvent consister en deux joints, chacun des joints enveloppant les bords des demi-plaques suscitées.
L'on peut envisager également selon l'invention, des moyens d'étanchéité dépassant des bords des plaques bipolaires décrites précédemment, créant ainsi des
<Desc/Clms Page number 8>
parties pouvant accueillir des éléments de cellules de pile à combustible, tels que les électrodes par exemple. Ce mode de réalisation permet avantageusement de faciliter la constitution de l'empilement de cellules élémentaires de piles.
Selon l'invention, les moyens d'étanchéité sont constitués avantageusement d'au moins un polymère isolant.
Ceci empêche, grâce à la présence dudit polymère, tout contact électrique sur les bords des plaques bipolaires empêchant ainsi tout court-circuit électrique par l'extérieur.
L'invention a également pour objet un ensemble tel que décrit précédemment, ledit ensemble étant caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, au moins un assemblage électrode-membrane-électrode associée à ladite plaque, ledit assemblage étant muni de ses propres moyens d'étanchéité.
Par exemple, les moyens d'étanchéité de l'assemblage électrode-membrane-électrode peuvent envelopper les bords constituant la partie externe dudit assemblage de la même façon que celle décrite pour les plaques bipolaires.
Avantageusement, l'on peut envisager, selon l'invention, des moyens d'étanchéité de l'ensemble comportant une plaque bipolaire et au moins un assemblage électrode-membrane-électrode ne formant qu'un joint unique enveloppant les bords de l'ensemble.
Ainsi, les moyens d'étanchéité tels que présentés peuvent assurer l'étanchéité complète d'une cellule élémentaire de pile à combustible.
<Desc/Clms Page number 9>
L'on peut envisager, selon l'invention, le cas où les moyens d'étanchéité de la plaque bipolaire et de l'assemblage électrode-membrane-électrode consistent en deux joints indépendants.
L'invention a également pour objet une pile à combustible comprenant au moins un ensemble tel que défini précédemment.
Enfin, l'invention a pour objet des procédés de fabrication de l'ensemble précédemment décrit.
Selon une première variante, le procédé de fabrication d'un ensemble comprenant, entre autres, une plaque bipolaire et ses moyens d'étanchéité, tels que décrit précédemment, peut comprendre une étape consistant à mouler directement lesdits moyens d'étanchéité sur les bords de ladite plaque.
De préférence, le moulage s'effectue par extrusion d'au moins un polymère isolant sur les bords de la plaque bipolaire.
Cette forme de réalisation présente l'avantage d'aboutir à des moyens d'étanchéité parfaitement ajustés au niveau de la plaque bipolaire, sans qu'interviennent des problèmes d'alignement desdits moyens par rapport aux autres pièces, tel qu'on a pu le constater au niveau de l'art antérieur.
L'on peut également envisager selon l'invention un procédé dans lequel successivement l'on fabrique des parties élémentaires de moyens d'étanchéité et dans lequel l'on assemble lesdites parties pour constituer les moyens d'étanchéité, suivie d'une fixation desdits moyens d'étanchéité sur les bords de la plaque bipolaire.
<Desc/Clms Page number 10>
Ainsi, selon cette variante, on fixe les moyens d'étanchéité, préalablement réalisés par réunion de parties élémentaires entre elles par exemple par collage ou soudage à chaud, sur ladite plaque. Cette fixation se fait, par exemple, sur une surépaisseur de la plaque, de manière à obtenir un ensemble solidaire.
Selon l'invention, les collecteurs de fluide peuvent être réalisés en tout ou partie au niveau des moyens d'étanchéité.
Cela permet de minimiser les problèmes de corrosion rencontrés notamment, lorsque les collecteurs de fluide sont réalisés intégralement au niveau des plaques bipolaires, qui sont généralement en partie métalliques.
Selon une variante, la réalisation des collecteurs de fluide peut s'effectuer partiellement au niveau des moyens d'étanchéité, l'autre partie étant réalisée au niveau de la plaque bipolaire.
Selon l'invention, les collecteurs de fluide peuvent être réalisés au niveau desdits moyens par usinage ou moulage.
La présente invention a, également, pour objet un procédé d'un ensemble comprenant une plaque bipolaire et ses moyens d'étanchéité tel que décrit précédemment, ladite plaque étant associée à au moins un assemblage électrode-membrane ledit procédé comprenant avantageusement la succession d'étapes suivantes : - montage d'au moins un assemblage électrodemembrane-électrode avec une plaque bipolaire ; - moulage des moyens d'étanchéité sur les bords de la plaque bipolaire ;
<Desc/Clms Page number 11>
- moulage des moyens d'étanchéité sur les bords de chaque assemblage électrode-membrane-électrode ; - réunion des moyens d'étanchéité de la plaque bipolaire avec les moyens d'étanchéité de chaque assemblage électrode-membrane-électrode.
Par exemple, le montage de chaque assemblage électrode-membrane-électrode avec la plaque bipolaire peut se faire par pressage.
Les moyens d'étanchéité de l'assemblage électrodemembrane-électrode peuvent être réalisés, par exemple par extrusion d'au moins un polymère isolant sur les bords dudit assemblage de la même façon que pour la plaque bipolaire.
Enfin, la réunion des moyens d'étanchéité de la plaque bipolaire avec les moyens d'étanchéité de chaque assemblage électrode-membrane-électrode peut se faire, par exemple, par collage ou par soudage à chaud.
Le système d'étanchéité ainsi obtenu facilite, de ce fait, de manière considérable, le montage des cellules élémentaires entre elles, pour constituer une pile à combustible. De plus, l'étanchéité complète d'une cellule élémentaire de pile est réalisée, sans qu'aucune compression ne soit nécessaire, du fait que, grâce à l'invention, il n'est plus nécessaire d'interposer des joints entre les éléments constitutifs d'une cellule de pile à combustible. Notons, également, que le fait que les moyens d'étanchéité soient solidaires de la cellule contribue à faciliter le démontage d'un empilement de cellules de pile, en vue du remplacement d'une cellule défectueuse, par rapport à un empilement classique comprenant de nombreux
<Desc/Clms Page number 12>
éléments, entre lesquels sont interposés de simples joints sous forme de pièces intercalaires.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention va maintenant être décrite plus en détail en référence aux dessins annexés dans lesquels : - Les figures 1A, 1B et 1C représentent, en coupe partielle, différentes configurations de l'ensemble comportant une plaque et des moyens d'étanchéité, selon l'invention, avec pour la figure 1A, une plaque bipolaire sans circuit de refroidissement, ladite plaque étant constituée d'un support assurant une séparation entre deux circuits de distribution de réactifs ; pour la figure 1B, une plaque bipolaire avec circuit de refroidissement disposé entre deux supports ; pour la figure 1C, une plaque bipolaire comportant deux demi-plaques indépendantes avec circuit de refroidissement et ; - Les figures 2A et 2B représentent schématiquement une vue de côté d'un ensemble selon l'invention, avec mise en évidence de la position des collecteurs de fluide ; la figure 2a avec les collecteurs de fluide disposés uniquement au niveau des moyens d'étanchéité ; la figure 2b avec les collecteurs de fluide, dont une partie est disposée au niveau des moyens d'étanchéité, l'autre partie étant disposée au niveau de la plaque bipolaire ;
L'invention va maintenant être décrite plus en détail en référence aux dessins annexés dans lesquels : - Les figures 1A, 1B et 1C représentent, en coupe partielle, différentes configurations de l'ensemble comportant une plaque et des moyens d'étanchéité, selon l'invention, avec pour la figure 1A, une plaque bipolaire sans circuit de refroidissement, ladite plaque étant constituée d'un support assurant une séparation entre deux circuits de distribution de réactifs ; pour la figure 1B, une plaque bipolaire avec circuit de refroidissement disposé entre deux supports ; pour la figure 1C, une plaque bipolaire comportant deux demi-plaques indépendantes avec circuit de refroidissement et ; - Les figures 2A et 2B représentent schématiquement une vue de côté d'un ensemble selon l'invention, avec mise en évidence de la position des collecteurs de fluide ; la figure 2a avec les collecteurs de fluide disposés uniquement au niveau des moyens d'étanchéité ; la figure 2b avec les collecteurs de fluide, dont une partie est disposée au niveau des moyens d'étanchéité, l'autre partie étant disposée au niveau de la plaque bipolaire ;
<Desc/Clms Page number 13>
- les figures 3A et 3B représentent deux variantes de système d'étanchéité de cellules de pile, selon l'invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Selon l'invention, l'ensemble comprend une plaque bipolaire comportant au moins un support séparant deux circuits de fluide et des moyens d'étanchéité, caractérisé en ce que ces moyens d'étanchéité enveloppent les bords de la plaque bipolaire.
Selon l'invention, l'ensemble comprend une plaque bipolaire comportant au moins un support séparant deux circuits de fluide et des moyens d'étanchéité, caractérisé en ce que ces moyens d'étanchéité enveloppent les bords de la plaque bipolaire.
Ainsi, la présente invention propose des moyens d'étanchéité formant un ensemble solidaire avec une plaque bipolaire de cellule de pile, du fait que les moyens d'étanchéité sont montés directement sur la plaque et ne constituent plus avec ladite plaque des pièces indépendantes associées entre elles par une pression de serrage.
Les figures 1A, 1B et 1C illustrent différentes variantes de l'invention, avec les moyens d'étanchéité se présentant sous forme d'un ou plusieurs joints d'étanchéité.
La figure 1A représente, en coupe partielle, un ensemble comportant une plaque bipolaire et ses moyens l'étanchéité sous forme d'un joint unique. La plaque bipolaire est constituée, selon cet exemple, d'un support 1 et de deux circuits de distribution de réactifs 3, disposés de part et d'autre dudit support. Le support 1 comporte une surépaisseur 2 dépassant par rapport aux circuits de distribution de réactifs 3, sur laquelle est encapsulé un joint d'étanchéité 4. Ce joint est monté directement sur la plaque bipolaire, en
<Desc/Clms Page number 14>
particulier sur la surépaisseur 2 et s'appuie sur les bords 5 de la plaque, afin d'assurer l'étanchéité des circuits de distribution de réactifs 3.
Une autre configuration envisageable de l'invention est présentée en figure 1B, où la plaque comprend deux supports 6 disposés de part et d'autre d'un circuit de refroidissement 7 et deux circuits de distribution des réactifs 8. Le joint 10 est disposé de la même façon que le joint 4 de la figure 1A, c'est à dire qu'il s'encapsule sur des surépaisseurs 9 des supports 6 et s'appuie sur les bords 11 de la plaque assurant ainsi l'étanchéité des circuits de distribution des réactifs 8 et du circuit de refroidissement 7.
La figure 1C représente une configuration où la plaque bipolaire comprend deux demi-plaques indépendantes 12, chacune des deux demi-plaques comprenant un support 13, assurant chacun la séparation entre un circuit de refroidissement 14 et un circuit de distribution de réactifs 15. Chacun des supports est muni d'un joint 17 qui s'encapsule sur une surépaisseur 16 issue de chaque support 13, ledit joint s'appuyant sur les bords 18 des demi-plaques 12, assurant ainsi l'étanchéité au niveau du circuit de distribution des réactifs 15 et du circuit de refroidissement 14.
Lors du montage d'une cellule de pile à combustible, selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, les deux demi-plaques et leurs joints peuvent être associés, par exemple, par soudage ou collage des joints 17, de manière à ne
<Desc/Clms Page number 15>
former plus qu'un unique joint. On peut également imaginer le cas où les deux demi-plaques et leurs joints sont associés par application d'une pression de serrage.
Enfin, on peut également envisager le cas où les deux demi-plaques puissent être associées, par exemple, par moulage d'un unique joint d'étanchéité sur les bords des demi-plaques, préalablement réunies par exemple, par application d'une force de serrage.
Selon une forme particulièrement avantageuse de l'invention, l'ensemble plaque bipolaire et moyens d'étanchéité, selon l'invention, comprend en tout ou partie des collecteurs de fluide au niveau des moyens d'étanchéité. Une telle alternative est représentée au niveau des figures 2A et 2B, qui présentent deux formes de réalisation de l'invention. Ainsi, la figure 2A illustre une forme de réalisation, où les collecteurs de fluide 20 sont disposés intégralement au niveau du joint d'étanchéité 21, ledit joint encadrant les bords 19 de la plaque bipolaire 22.
La figure 2B représente le cas où les collecteurs de fluide 23 sont disposés, en partie, au niveau du joint 24, l'autre partie étant réalisée au niveau de la plaque bipolaire 25. Ce type de configuration est particulièrement avantageux, notamment, lorsque le joint est trop fin pour supporter les collecteurs et permet également de faciliter la connexion entre les collecteurs et les circuits de distribution des réactifs.
On a déjà vu précédemment que les moyens d'étanchéité, selon l'invention, pouvaient être
<Desc/Clms Page number 16>
réalisés soit en plusieurs parties, assemblées entre elles dans un premier temps puis accrochées à la plaque ensuite, soit en une seule pièce par moulage direct sur la plaque bipolaire.
Dans le cas, où les moyens d'étanchéité sont réalisés en plusieurs parties, les collecteurs et les circuits de connexion entre les collecteurs et les circuits de distribution de réactifs peuvent être usinés ou moulés sur chacune des parties concernées des moyens d'étanchéité, avant le collage final. Selon une autre alternative, les circuits de connexion entre les collecteurs de fluide et les circuits de distribution de réactifs peuvent être présents sur les différentes parties des moyens d'étanchéité avant collage ou réalisés séparément des moyens d'étanchéité sans que les collecteurs soient prévus. Les collecteurs peuvent être usinés ensuite après collage des différentes parties.
En ce qui concerne la réalisation des moyens d'étanchéité en une seule partie, notamment par moulage, les collecteurs peuvent être usinés après la formation du joint. En revanche, les circuits de connexion entre les collecteurs et les circuits de distribution de réactifs doivent être, préférablement prévus avant la mise en place du polymère.
Un des objectifs de l'invention est d'obtenir, entre autre, une cellule élémentaire facile à monter et démonter, et présentant un bon système d'étanchéité, sans qu'il faille recourir à des forces de compression importantes, pour assurer l'étanchéité.
<Desc/Clms Page number 17>
Selon l'invention, on propose de réunir, par exemple, des moyens d'étanchéité d'un assemblage électrode-membrane-électrode de cellule de pile avec les moyens d'étanchéité, tels que décrits précédemment, d'une plaque bipolaire, afin d'obtenir une cellule étanche sans recours à des forces de compression supplémentaires.
Ainsi, la figure 3A représente le cas de figure d'une fraction d'empilement de cellule de pile à combustible, où ladite fraction est constituée d'une plaque bipolaire comprenant deux supports 26, disposées de part et d'autre d'un circuit de refroidissement 27, lesdits supports assurant la séparation entre ledit circuit et les circuits de distribution des réactifs 28,29 et d'un assemblage éléctrode-membrane-électrode ou EME, constitué d'une membrane 31 et de deux électrodes 33. Un joint unique 30, résultant de la réunion précédemment évoquée ou issu par exemple d'un moulage direct du joint sur l'ensemble comprenant une plaque et l'EME, s'encapsule sur une surépaisseur 32 issue de la membrane 31 et s'appuie sur les bords 34 de l'ensemble constitué par la plaque et l'EME afin d'assurer l'étanchéité de celui-ci et s'appuie au niveau de la plaque bipolaire de façon similaire au cas présenté en figure 1B. Le joint unique, ainsi obtenu, peut être muni de collecteurs de fluide, non représentés sur cette figure.
La présence d'un joint unique pour une cellule élémentaire de pile à combustible facilite considérablement le montage des différentes cellules, constitutives d'un empilement, du fait qu'il minimise
<Desc/Clms Page number 18>
le nombre de pièces à assembler pour constituer une cellule. De plus, un tel joint peut présenter, au cas où il dépasse des bords de la plaque bipolaire, une partie destinée à accueillir une électrode d'une cellule adjacente, ce qui facilite l'assemblage de l'empilement de cellules.
La figure 3B présente une fraction d'empilement de cellules constitutives d'une pile à combustible, ladite fraction comprenant un assemblage électrode-membrane- électrode constitué d'une membrane 39 disposée entre deux électrodes 40, ledit assemblage étant disposé entre deux plaques bipolaires, comprenant chacune deux demi-plaques indépendantes associées (dont une seule, pour chaque plaque, est représentée sur la figure).
Chacune des demi-plaques comprend un support 35 assurant la séparation entre un circuit de refroidissement 37 et un circuit de distribution des réactifs 36. L'étanchéité est assurée par un joint unique 38 enveloppant les bords de la fraction d'empilement décrite, notamment les bords 43 de l'ensemble constitué de l'EME disposé entre deux demiplaques et s'encapsule sur une surépaisseur 42 de la membrane 39 et sur chacune des demi-plaques de la même manière que celle décrite en figure 1C.
Les surfaces des joints mises en contact lors du montage de l'empilement ne sont pas nécessairement planes mais peuvent présenter une forme particulière destinée à améliorer les étanchéités. De plus, lors de la réunion, le cas échéant des moyens d'étanchéité, il est important qu'il y ait une continuité dans les collecteurs de fluide desdits moyens, de manière à
<Desc/Clms Page number 19>
assurer une circulation des fluides efficace, au niveau du joint unique obtenu, selon ce mode particulier de réalisation.
Claims (13)
1. Ensemble comprenant une plaque bipolaire et des moyens d'étanchéité, ladite plaque étant munie de bords (5,11, 18) constituant la partie externe de celle-ci et comportant au moins un support (1,6, 13) séparant deux circuits de fluides, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité enveloppent lesdits bords de la plaque bipolaire.
2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque bipolaire comprend au moins un circuit de refroidissement (7) disposé entre deux supports (6).
3. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque bipolaire comprend une association de deux demi-plaques (12) comportant chacune au moins un support (13) séparant un circuit de distribution des réactifs (15) et un circuit de refroidissement (14).
4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité comprennent en outre en tout ou partie des collecteurs de fluide (20,23).
5. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité sont constitués d'au moins un polymère isolant.
<Desc/Clms Page number 21>
6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité consistent en au moins un joint d'étanchéité (4,10).
7. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit ensemble comprend en outre au moins un assemblage électrode-membrane-électrode (33,31, 33 ; 40,39, 40) associé à la plaque bipolaire, ledit assemblage électrode-membrane-électrode étant muni de ses propres moyens d'étanchéité.
8. Ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité de l'assemblage électrode-membrane-électrode enveloppent les bords constituant la partie externe de l'assemblage.
9. Ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité de la plaque et de l'assemblage forment un joint unique (30,38).
10. Pile à combustible comprenant au moins un ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
11. Procédé de fabrication d'un ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'on moule les moyens d'étanchéité sur les bords (5, 11,18) de la plaque bipolaire.
<Desc/Clms Page number 22>
12. Procédé de fabrication selon la revendication 11, dans lequel le moulage des moyens d'étanchéité s'effectue par extrusion d'au moins un polymère isolant sur lesdits bords (5,11, 18) de la plaque bipolaire.
13. Procédé de fabrication d'un ensemble selon la revendication 8, comprenant la succession d'étapes suivantes : - montage d'au moins un assemblage électrodemembrane-électrode avec une plaque bipolaire ; - moulage des moyens d'étanchéité sur les bords de la plaque bipolaire ; - moulage des moyens'd'étanchéité sur les bords de chaque assemblage électrode-membrane-électrode ; - réunion des moyens d'étanchéité de la plaque bipolaire avec les moyens d'étanchéité de chaque assemblage électrode-membrane-électrode associée à ladite plaque.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0201487A FR2831995A1 (fr) | 2002-02-07 | 2002-02-07 | Ensemble destine a une pile a combustible, comportant une plaque bipolaire et ses moyens d'etancheite et procede de fabrication dudit ensemble |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0201487A FR2831995A1 (fr) | 2002-02-07 | 2002-02-07 | Ensemble destine a une pile a combustible, comportant une plaque bipolaire et ses moyens d'etancheite et procede de fabrication dudit ensemble |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2831995A1 true FR2831995A1 (fr) | 2003-05-09 |
Family
ID=8871470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR0201487A Pending FR2831995A1 (fr) | 2002-02-07 | 2002-02-07 | Ensemble destine a une pile a combustible, comportant une plaque bipolaire et ses moyens d'etancheite et procede de fabrication dudit ensemble |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2831995A1 (fr) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05343079A (ja) * | 1992-06-03 | 1993-12-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 固体電解質燃料電池のガスシール構造 |
| US5364711A (en) * | 1992-04-01 | 1994-11-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Fuel cell |
| JP2001155758A (ja) * | 1999-11-25 | 2001-06-08 | Sumitomo Electric Ind Ltd | レドックスフロー２次電池のセルスタック |
-
2002
- 2002-02-07 FR FR0201487A patent/FR2831995A1/fr active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5364711A (en) * | 1992-04-01 | 1994-11-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Fuel cell |
| JPH05343079A (ja) * | 1992-06-03 | 1993-12-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 固体電解質燃料電池のガスシール構造 |
| JP2001155758A (ja) * | 1999-11-25 | 2001-06-08 | Sumitomo Electric Ind Ltd | レドックスフロー２次電池のセルスタック |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 018, no. 167 (E - 1528) 22 March 1994 (1994-03-22) * |
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 2000, no. 23 10 February 2001 (2001-02-10) * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3171441B1 (fr) | Plaques bipolaires pour limiter le contournement des canaux d'écoulement par les réactifs | |
| EP1900054B1 (fr) | Plaque bipolaire de pile à combustible à fonction étanchéité intégrée et cellule de pile à combustible comportant de telles plaques | |
| EP1604420B1 (fr) | Pile a combustible planaire et procede de fabrication d une telle pile | |
| EP3171440B1 (fr) | Plaques bipolaires pour limiter le contournement des canaux d'écoulement par les réactifs | |
| WO2007147991A1 (fr) | Plaque bipolaire pour pile à combustible, et pile à combustible à distribution de fluide améliorée mettant en oeuvre de telles plaques | |
| FR2810795A1 (fr) | Plaque bipolaire a deux plaques metalliques pour pile a combustible et son procede de fabrication | |
| WO2005122302A2 (fr) | Cellule de pile a combustible a electrolyte solide | |
| EP2707920B1 (fr) | Pile a combustible avec collecteurs a joints injecteurs individuels | |
| FR2894720A1 (fr) | Pile a combustible avec collecteurs de courant integres a l'electrolyte solide et procede de fabrication d'une telle pile a combustible. | |
| EP3075020A1 (fr) | Procede de fabrication d'un assemblage membrane/electrodes comportant des renforts | |
| EP1358691B1 (fr) | Procede de fabrication de plaques bipolaires legeres pour piles a combustible | |
| EP3171439B1 (fr) | Plaques bipolaires pour limiter le contournement des canaux d'écoulement par les réactifs | |
| FR2831995A1 (fr) | Ensemble destine a une pile a combustible, comportant une plaque bipolaire et ses moyens d'etancheite et procede de fabrication dudit ensemble | |
| EP1356537A1 (fr) | Pile a combustible equipee de plaques polaires identiques et a circulation interne de combustible et de refrigerant | |
| FR2840109A1 (fr) | Cellule elementaire pour pile a combustible a structure helicoidale, procede de fabrication et pile a combustible comprenant une plurialite de cellules elementaires | |
| EP3195391A1 (fr) | Pile a combustible destinee a la detection d'un polluant | |
| FR3079676A1 (fr) | Plaque bipolaire a canaux ondules | |
| FR2995146A1 (fr) | Pile a combustible limitant le phenomene de corrosion | |
| WO2014122186A1 (fr) | Ame muni d'un renfort et d'un joint | |
| WO2023031028A1 (fr) | Pile à combustible | |
| FR3143880A1 (fr) | Pile à combustible et son procédé de fabrication | |
| FR3092203A1 (fr) | Plaque bipolaire pour homogeneiser la temperature de liquide de refroidissement | |
| FR2907968A1 (fr) | "plaque bipolaire de pile a combustible a circuit de fluide caloporteur ameliore, procede de fabrication et pile a combustible" | |
| FR3131460A1 (fr) | Joint d’étanchéité pour réacteur électrochimique et procédé de fabrication associé | |
| EP3931897A1 (fr) | Procédé de collage - application aux piles à combustibles |