FR2836285A1 - Plaque bipolaire pour pile a combustible - Google Patents

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Abstract

L'invention se rapporte à une plaque bipolaire (1) pour pile à combustible comprenant un premier (6) et un second ensembles (8) espacés l'un de l'autre et définissant une zone d'évacuation de chaleur (10), chaque ensemble (6, 8) comportant une zone de distribution de réactifs (36) destinée à être en contact avec une surface (2a, 4a) d'une électrode adjacente (2, 4). Selon l'invention, pour chaque ensemble (6, 8), la zone de distribution de réactifs (36) comporte d'une part un réseau de canaux (15) formé dans la couche non-métallique (12) au niveau d'une première face (12a) de celle-ci, et d'autre part une structure électriquement conductrice (16) en contact avec la première face (12a) de la couche non-métallique (12), les structures électriquement conductrices (16) des premier (6) et second ensembles (8) étant raccordées électriquement par l'intermédiaire de moyens de raccordement électriques (26, 33).

Description

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PLAQUE BIPOLAIRE POUR PILE A COMBUSTIBLE
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE
Le domaine technique de la présente invention peut être défini comme celui des piles à combustible du type ayant une membrane comme électrolyte telles que les piles PEMFC (de l'anglais (Proton Exchange Membrane Fuel Cell ) et DMFC (de l'anglais Direct Methanol Fuel Cell ), et comportant des plaques bipolaires.
L'invention se rapporte plus particulièrement au domaine des plaques bipolaires destinées à entrer dans la constitution des piles à combustible.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Une pile à combustible comporte généralement un empilement de cellules élémentaires, au sein desquelles a lieu une réaction électrochimique entre deux réactifs qui sont introduits de manière continue. Le combustible, tel que l'hydrogène pour les piles fonctionnant avec des mélanges hydrogène/oxygène, ou le méthanol pour des piles fonctionnant avec des mélanges méthanol/oxygène, est amené au contact de l'anode, alors que le comburant, généralement l'oxygène, est amené au contact de la cathode. L'anode
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et la cathode sont séparées par un électrolyte, de type membrane échangeuse d'ions. La réaction électrochimique, dont l'énergie est convertie en énergie électrique, se scinde en deux demi-réactions : - une oxydation du combustible se déroulant à l'interface anode/électrolyte produisant, dans le cas des piles à hydrogène, des protons H+ qui vont traverser l'électrolyte en direction de la cathode, et des électrons qui rejoignent le circuit extérieur, afin de concourir à la production d'énergie électrique ; une réduction du comburant se déroulant à l'interface électrolyte/cathode, avec production d'eau, dans le cas des piles à hydrogène.
La réaction électrochimique a lieu à proprement parler au niveau d'un assemblage électrodemembrane-électrode.
Pour assurer le fonctionnement d'appareils électriques, il est nécessaire d'obtenir une puissance électrique largement supérieure à la puissance délivrée par un seul assemblage électrode-membrane-électrode.
Dans cette optique, les assemblages électrode-membrane- électrode sont disposés le plus souvent sous forme d'empilement, la continuité électrique entre les différents assemblages étant assurée au moyen de plaques conductrices, également appelées plaques bipolaires. Ces plaques assurent, dans tous les cas, la jonction électrique entre l'anode d'un assemblage électrode-membrane-électrode, et la cathode de l'assemblage adjacent. Ainsi, elles permettent d'assurer les plus grandes conductivités électriques
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possibles, de manière à éviter les, chutes ohmiques préjudiciables au rendement de la pile.
Outre la fonction d'assurer la continuité électrique au sein de la pile à combustible, les plaques bipolaires peuvent assurer des fonctions supplémentaires, telles que par exemple, l'alimentation continue en réactifs au niveau de l'anode d'un assemblage électrode-membrane-électrode et de la cathode de l'assemblage adjacent, ainsi que l'évacuation des produits au niveau de la cathode. Dans ce type de cas, les plaques bipolaires se présentent le plus souvent sous forme de deux demi-plaques étanches, disposées entre deux cellules élémentaires adjacentes.
Notons que les plaques bipolaires peuvent en outre inclure des éléments de refroidissement pour faire face aux éventuelles surchauffes de l'empilement.
Dans l'art antérieur, les plaques bipolaires pour piles à combustible ont déjà largement été développées, donnant lieu à diverses réalisations.
Parmi ces réalisations, on compte tout d'abord les plaques bipolaires dont la distribution des espèces actives et l'évacuation des espèces inertes s'effectuent au moyen de canaux usinés sur ces plaques. Ces canaux assurent une distribution des réactifs à la surface des électrodes la plus homogène possible, car ils sont organisés de manière à serpenter sur toute la surface de la plaque bipolaire, en contact avec l'électrode. Ces canaux sont, dans la plupart des cas, constitués de tronçons horizontaux séparés par des coudes descendant à 1800, du type radiateur Il (de l'anglais radiator ).
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Ces canaux permettent'également de récupérer et d'évacuer l'eau produite au niveau de la cathode.
Ces plaques bipolaires de l'art antérieur sont communément réalisées en graphite, en raison de la facilité qu'offre ce matériau à être usiné, de sa nature chimiquement neutre, et de ses propriétés de conductivité électrique tout à fait adaptées à l'utilisation requise. Toutefois, l'emploi de ce matériau engendre une certaine fragilité ainsi qu'un coût extrêmement élevé.
Selon l'art antérieur, on connaît également des plaques bipolaires pour lesquelles la distribution des réactifs et l'évacuation des produits s'effectuent au moyen d'un élément poreux. De la même manière que pour le premier type de plaque bipolaire de l'art antérieur décrit ci-dessus, la réalisation d'éléments poreux du type mousse métallique engendre un coût important, notamment en raison de l'étape de métallisation de la mousse, cette dernière étant généralement constituée d'un matériau du type polymère.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
Le but de la présente invention est donc de proposer une plaque bipolaire pour pile à combustible de conception simple, et remédiant au moins partiellement aux inconvénients cités ci-dessus relatifs aux réalisations de l'art antérieur.
Pour ce faire, l'invention a pour objet une plaque bipolaire pour pile à combustible comprenant un premier et un second ensembles espacés l'un de l'autre et définissant une zone d'évacuation de chaleur. Chaque
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ensemble comporte une zone de distribution de réactifs destinée à être en contact avec une surface d'une électrode adjacente, et comprend également une couche non-métallique. Selon l'invention, pour chaque ensemble de la plaque, la zone de distribution de réactifs comporte d'une part un réseau de canaux formé dans la couche non-métallique au niveau d'une première face de celle-ci, et d'autre part une structure électriquement conductrice en contact avec la première face de la couche non-métallique, les structures électriquement conductrices des premier et second ensembles étant raccordées électriquement par l'intermédiaire de moyens de raccordement électriques.
Avantageusement, le raccordement électrique entre les ensembles de la plaque bipolaire, visant à collecter les électrons, peut être assuré par l'intermédiaire de simples moyens de raccordement électriques et de structures électriquement conductrices, ces dernières étant positionnées entre la surface de l'électrode à contacter et la couche nonmétallique munie du réseau de canaux de distribution des réactifs. Cette plaque bipolaire est d'autant plus avantageuse que les matériaux utilisés sont de faibles coûts, et concourent à la réalisation d'une plaque bipolaire extrêmement légère.
Préférentiellement, chaque structure électriquement conductrice traverse la couche nonmétallique.
Selon un premier mode de réalisation préféré de la présente invention, les moyens de raccordement électriques comportent des
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soudures/brasures maintenant fixement la structure électriquement conductrice sur une paroi étanche métallique délimitant la zone d'évacuation de chaleur, et solidaire d'une seconde face de la couche nonmétallique. De plus, on peut prévoir que la structure électriquement conductrice est une plaque perforée comportant une pluralité de pattes traversant la couche non-métallique, et montées rigidement par soudures/brasures sur la paroi étanche métallique.
De façon avantageuse, dans une telle configuration, l'assemblage de la structure électriquement conductrice avec la paroi étanche métallique par soudures/brasures, peut être effectué en utilisant des techniques similaires à celles mises en oeuvre lors de la réalisation de cartes électroniques à base de circuits imprimés. En effet, en assimilant la couche non-métallique à un circuit imprimé et la structure électriquement conductrice à un composant classique de carte électronique, on est en mesure d'employer des machines également utilisées pour réaliser des cartes électroniques, telles que des machines de brasage à la vague. Ainsi, la fabrication des plaques bipolaires selon l'invention est de coût réduit, notamment en raison de l'utilisation de matériel de production industriel déjà existant, ce qui permet d'obtenir des produits très compétitifs par rapport aux réalisations proposées dans l'art antérieur.
Dans ce premier mode de réalisation préféré, les moyens de raccordement électriques peuvent comporter également au moins un intercalaire en cuivre
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monté rigidement par soudures/brasures sur chacune des parois étanches métalliques des premier et second ensembles.
Selon un second mode de réalisation préféré de l'invention, la structure électriquement conductrice est une plaque perforée munie d'une languette de connexion électrique solidaire d'une extrémité de cette plaque, la languette de connexion traversant la couche non-métallique et s'étendant vers l'extérieur de la plaque bipolaire de manière à faire saillie hors de celle-ci. Dans ce cas là, les moyens de raccordement électriques comportent avantageusement au moins un rivet assemblant les languettes de connexion des structures électriquement conductrices des premier et second ensembles, procurant par conséquent un ensemble de conception simple à faible coût.
De manière préférentielle, les moyens de raccordement électriques comportent au moins un ruban souple, chaque ruban étant en contact avec les structures électriquement conductrices des premier et second ensembles, et faisant saillie hors de la plaque bipolaire.
Selon un troisième mode de réalisation préféré de l'invention, pour chaque ensemble, la structure électriquement conductrice est une plaque perforée dont une extrémité est solidaire de chaque ruban souple des moyens de raccordement électriques.
De plus, selon un quatrième mode de réalisation préféré de la présente invention, pour chaque ensemble, la structure électriquement conductrice est une pluralité de rubans disposés
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Figure img00080001

sensiblement parallèlement, dans le'prolongement de chaque ruban souple appartenant aux moyens de raccordement électriques.
Préférentiellement, pour l'ensemble des modes de réalisations présentés, la couche nonmétallique est constituée de résine chargée à la fibre de verre, et la structure électriquement conductrice est réalisée à l'aide d'un matériau tel que l'acier inoxydable ou la fibre de carbone. Il est précisé que la structure électriquement conductrice peut éventuellement être revêtue d'or.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description, non limitative, ci-dessous.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 représente une vue en coupe transversale d'une plaque bipolaire pour pile à combustible selon un premier mode de réalisation préféré de la présente invention ; - la figure 2 est une vue en perspective de la structure électriquement conductrice utilisée dans la plaque bipolaire représentée sur la figure 1 ; - la figure 3 représente une vue partielle en coupe transversale d'une plaque bipolaire pour pile à combustible selon un second mode de réalisation préféré de la présente invention ; - la figure 4 représente une vue de la structure électriquement conductrice utilisée dans la plaque bipolaire représentée sur la figure 3 ;
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- la figure 5 est une vue de côté de la plaque bipolaire représentée sur la figure 3 ; - la figure 6 représente une vue partielle en coupe transversale d'une plaque bipolaire pour pile à combustible selon un troisième mode de réalisation préféré de la présente invention ; - la figure 7 représente un assemblage des structures électriquement conductrices avec des moyens de raccordement électriques, mis en oeuvre dans un quatrième mode de réalisation préféré de la présente invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS
En référence à la figure 1, il est représenté une plaque bipolaire 1 selon un premier mode de réalisation préféré de l'invention. La plaque bipolaire 1 est en contact d'une part avec une surface 2a d'une électrode 2 appartenant à un premier assemblage 3 électrode-membrane-électrode, et avec une surface 4a d'une électrode 4 appartenant à un second assemblage 5 électrode-membrane-électrode.
La plaque bipolaire 1 comprend un premier ensemble 6 ainsi qu'un second ensemble 8, ces deux ensembles 6 et 8 étant disposés en regard l'un de l'autre, l'espace présent entre les ensembles 6 et 8 étant une zone d'évacuation de chaleur 10.
Les premier et second ensembles 6 et 8 étant identiques dans ce premier mode de réalisation préféré de l'invention, seul le premier ensemble 6 va être décrit.
Le premier ensemble 6 comporte tout d'abord un couche non-métallique 12, de préférence constituée
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d'une résine chargée en fibres de verre. La couche nonmétallique 12 présente une première face 12a et une seconde face 12b. La seconde face 12b est en contact avec une paroi étanche métallique 14, prenant de préférence la forme d'un revêtement en cuivre, monté fixement sur la seconde face 12b de la couche nonmétallique 12. Notons comme cela est visible sur la figure 1, que les ensembles 6 et 8 sont agencés de sorte que leurs parois étanches métalliques respectives 14 sont en regard l'une de l'autre.
La première face 12a de la couche nonmétallique 12 abrite quant à elle un réseau de canaux 15, obtenu par moulage, par usinage ou par collage. De façon préférée, on pourra prévoir que le réseau de canaux 15 est du type mixte, à savoir qu'il comprend des canaux du type chocolat (de l'anglais Chocolate block ) et des canaux du type radiateur (de l'anglais radiator ).
En contact avec la première face 12a de la couche non-métallique 12, le premier ensemble 6 comprend une structure électriquement conductrice 16, de préférence en acier inoxydable ou en fibre de carbone. En référence à la figure 2, cette structure électriquement conductrice 16 peut prendre la forme d'une plaque 18 sensiblement carrée d'environ 30 mm de côté, et d'environ 2 à 4 dixièmes de millimètre d'épaisseur, pouvant être revêtue d'or sur sa partie en contact avec la surface 2a de l'électrode 2. Ce revêtement en or est destiné à fournir une protection contre le milieu agressif dans lequel la structure
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électriquement conductrice 16 se trouve, ce milieu comprenant de l'hydrogène ionisé dans l'eau.
Sur cette plaque 18 sensiblement carrée, sont pratiquées des perforations 20 destinées à autoriser un passage des réactifs en direction de la surface 2a de l'électrode 2, avec laquelle la structure électriquement conductrice 16 est également en contact.
La structure électriquement conductrice 16 comprend en outre une pluralité de pattes 22 solidaires de la plaque 18, et de préférence obtenues par prédécoupage au fil ou au laser ou par emboutissage, puis redressées pour avoir un axe longitudinal sensiblement perpendiculaire à la plaque 18.
La structure électriquement conductrice 16 est collée sur la première face 12a, et les pattes 22 sont insérées dans des orifices 24 traversant la couche non-métallique 12 ainsi que la paroi étanche métallique 14. Notons que l'on peut également prévoir de coller les pattes 22 à l'intérieur des orifices 24.
Lorsque la structure électriquement conductrice 16 est en place sur la couche nonmétallique 12, les pattes 22 font saillie de la paroi étanche métallique 14, et des brasures/soudures 26 assurent le maintien entre les pattes 22 et la paroi étanche métallique 14. Notons que les brasures/soudures 26 appartiennent à des moyens de raccordement électriques des structures électriquement conductrices 16.
Précisons en outre que le premier ensemble 6 comprend un cadre extérieur 28 situé à la périphérie de la couche non-métallique 12, et de préférence
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constitué de résine chargée en fibres de verre. De plus, le cadre extérieur 28 est collé sur la première face 12a de la couche non-métallique 12, et conçu de telle sorte qu'il est apte à épauler un joint d'étanchéité 30 en contact avec la membrane du premier assemblage électrode-membrane-électrode 3.
Le premier ensemble 6 et le second ensemble 8 de la plaque bipolaire 1, entre lesquels est formée la zone d'évacuation de chaleur 10, sont tout d'abord raccordés l'un à l'autre par l'intermédiaire d'un cadre intérieur 32 collé sur la périphérie de la seconde face 12b de la couche non-métallique 12, et de préférence constitué de résine chargée en fibres de verre. Le cadre intérieur 32 permet en outre de constituer une cloison pour la zone d'évacuation de chaleur 10.
Par ailleurs, les moyens de raccordement électriques comportent des intercalaires en cuivre 33, établissent la jonction entre les parois étanches métalliques 14 des deux ensembles 6 et 8, et montés rigidement sur les parois étanches 14 à l'aide de brasures/soudures 34, appartenant également aux moyens de raccordement électriques.
Le fonctionnement de la plaque bipolaire 1 selon le premier mode de réalisation préféré de l'invention est similaire au fonctionnement des plaques bipolaires de l'art antérieur.
Notons en prenant l'exemple du premier ensemble 6, que les réactifs se dirigeant vers l'électrode 2 empruntent une zone de distribution 36, constituée d'une part du réseau de canaux 15 et d'autre part de la structure électriquement conductrice 16,
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dans laquelle la plaque 18 présente des perforations 20 autorisant le passage des réactifs destinés à rentrer en contact avec la surface 2a de l'électrode 2.
De plus, le transfert des électrons du
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premier assemblage électrode-membrane-électrode 3 au second assemblage électrode-membrane-électrode 5, s'effectue successivement au moyen de la plaque 18, des pattes 22, et de la paroi étanche métallique 14 du premier ensemble 6. Ensuite, les intercalaires en cuivre 33 établissent la connexion avec le second ensemble 8, dans lequel se trouvent les mêmes éléments conducteurs que dans le premier ensemble 6, permettant ainsi le transfert des électrons jusque sur la surface 4a de l'électrode 4.
A titre indicatif, précisons également que les intercalaires en cuivre 33 jouent un rôle de transmetteur de chaleur vers un fluide de réfrigération circulant à l'intérieur de la zone d'évacuation de chaleur 10.
Le procédé de fabrication de la plaque bipolaire 1 pour pile à combustible selon le premier mode de réalisation préféré de l'invention est le suivant.
Chaque ensemble 6 et 8 est tout d'abord réalisé séparément, avant que l'on procède à leur jonction à l'aide du cadre intérieur 32 et des intercalaires 33 assemblés par soudage/brasage 34.
Pour chaque ensemble 6,8 de la plaque bipolaire 1, la structure électriquement conductrice 16 est mise en place sur la couche non-métallique 12, de'
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sorte que les pattes 22 font saillie de la paroi étanche métallique 14.
Ensuite, on effectue une opération de soudage/brasage des pattes 22 sur la paroi étanche métallique 14, de manière à obtenir un ensemble dont les différents constituant sont fixés mécaniquement les uns par rapport aux autres.
De façon préférée, il est possible d'utiliser du matériel de fabrication de cartes électroniques à base de circuits imprimés pour réaliser les ensembles 6 et 8. En effet, en assimilant la couche non-métallique 12 à un circuit imprimé et la structure électriquement conductrice 16 à un composant classique traversant d'une carte électronique, le procédé devient un procédé analogue à un procédé de fabrication d'une carte électronique, dont les coûts de mise en oeuvre sont extrêmement faibles.
A titre d'exemple, on peut prévoir qu'un désempileur alimente de façon continue une sérigraphieuse en couches non-métalliques 12. De la même manière que si la sérigraphieuse recevait des circuits imprimés, la sérigraphieuse permet de revêtir les couches non-métalliques 12 d'une pâte aux endroits où l'on souhaite obtenir une connexion par brasure/soudure. Notons que cette pâte est de préférence constituée d'un mélange plomb/étain.
Par suite, les couches non-métalliques 12 munies de pâte transitent par une machine de pose des structures électriquement conductrices 16, cette machine étant similaire à une machine du type Pose dé Composants Montés en Surface largement répandue dans
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le matériel de production de cartes électroniques. C'est lors de cette opération de pose de la structure électriquement conductrice 16 que l'on est en mesure d'effectuer un collage de cette dernière sur la couche non-métallique 12, et plus précisément sur la première surface 12a de cette couche non-métallique 12. Enfin, l'ensemble est alors placé dans un four de refusion/polymérisation, dans lequel on obtient par le biais d'un chauffage à température appropriée, les brasures/soudures 26 permettant l'assemblage mécanique entre la paroi étanche métallique 14 et la structure électriquement conductrice 16.
D'une manière relativement analogue, il est également possible d'utiliser des appareils relatifs à la production de cartes électroniques, du type machines de soudage/brasage à la vague.
Dans ce type de machine, les couches nonmétalliques 12 sur lesquelles sont positionnées les structures métalliques 16 se déplacent à l'aide d'un convoyeur. Les couches non-métalliques 12 sont montées en température avant de passer au-dessus d'une vague d'étain, réalisant les brasures/soudures 26 aux endroits prédéterminés, à savoir entre les pattes 22 des structures électriquement conductrice 16 et les parois étanches métalliques 14.
En référence à la figure 3, on il est représenté une plaque bipolaire 100 pour pile à combustible selon un second mode de réalisation préféré de l'invention. La plaque bipolaire 100 est en contact d'une part avec une surface 102a d'une première électrode 102 appartenant à un premier assemblage 103
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électrode-membrane-électrode, et avec une surface 104a d'une seconde électrode 104 appartenant à un second assemblage 105 électrode-membrane-électrode.
Comme dans le premier mode de réalisation préféré, la plaque bipolaire 100 comprend un premier ensemble 106 ainsi qu'un second ensemble 108, ces deux ensembles 106 et 108 étant disposés en regard l'un de l'autre, l'espace présent entre les ensembles 106 et 108 étant une zone d'évacuation de chaleur 110.
Les premier et second ensembles 106 et 108 étant identiques dans ce second mode de réalisation préféré de l'invention, seul le premier ensemble 106 va être décrit.
Le premier ensemble 106 comporte tout d'abord un couche non-métallique 112, de préférence constituée d'une résine chargée en fibres de verre. La couche non-métallique 112 présente une première face 112a et une seconde face 112b. Notons comme cela est visible sur la figure 3, que les ensembles 106 et 108 sont agencés de sorte que les secondes faces 112b des couches métalliques 112 sont en regard l'une de l'autre.
La première face 112a de la couche nonmétallique 112 abrite un réseau de canaux 115, obtenu par moulage, par usinage ou par collage.
En contact avec la première face 112a de la couche non-métallique 112, le premier ensemble 106 comprend une structure électriquement conductrice 116, de préférence en acier inoxydable pouvant être revêtue d'or, ou en fibre de carbone. En référence à la figure 4, cette structure électriquement conductrice 116 peut
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prendre la forme d'une plaque 118 sensiblement carrée d'environ 30 mm de côté, et d'environ 2 à 4 dixièmes de millimètre d'épaisseur.
Sur cette plaque 118 sensiblement carrée, sont pratiquées des perforations 120 destinées à autoriser un passage des réactifs en direction de la surface 102a de l'électrode 102, avec laquelle la structure électriquement conductrice 116 est également en contact.
La structure électriquement conductrice 116 comprend en outre une languette de connexion électrique 122 solidaires de la plaque 118. La languette 122 est indifféremment rapportée par brasures/soudures à une extrémité de la plaque 118, ou découpée dans une même pièce que cette dernière. Il est précisé que les perforations 120 sont réalisées de telle sorte que les parties pleines de la plaque 118 suivent les lignes de courant d'un écoulement d'électrons se dirigeant vers la languette 122.
En référence à la figure 3, la structure électriquement conductrice 116 est collée sur la première face 112a de la couche non-métallique 112. La languette 122 est préalablement pliée approximativement à 90 , puis insérée dans un orifice 124 traversant la couche non-métallique 112. La languette 122 débouche alors dans un canal 125, dans lequel elle est à nouveau pliée approximativement à 90 , pour s'étendre jusqu'à faire saillie hors de la plaque bipolaire 100. Notons qu'en référence aux figures 3 et 5, le canal 125 dans lequel la languette 122 s'étend, est à la fois constitué par les secondes faces 112b des couches non-
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Figure img00180001

métalliques 112, et une pièce 127, en forme de U réalisée de préférence en résine chargée à la fibre de verre. Il est précisé que la pièce 127 en forme de U, d'épaisseur environ 5 dixièmes de millimètre et en contact avec les secondes faces 112b des deux couches non-métalliques 112, peut être rapportée sur la couche non-métallique 112 au niveau de la seconde face 112b, ou bien faire partie intégrante de cette couche nonmétallique 112.
Comme cela est visible sur la figure 5, la partie de la languette 122 se situant en dehors de la plaque bipolaire 100 est pliée approximativement à 90 , de sorte qu'elle entre en contact avec la languette 122 de connexion électrique du second ensemble 108. Ainsi, il est possible d'utiliser des moyens de raccordement électriques du type rivet 126, afin d'autoriser le passage des électrons du premier 106 vers le second ensemble 108.
Il est aussi à préciser que des intercalaires 133 sont positionnés entre les couches non-métalliques 112 des deux ensembles 106 et 108, afin de préserver la zone d'évacuation de chaleur 110. Les intercalaires 133, en résine chargée à la fibre de verre, sont de préférence rapportés par collage sur les secondes faces 112b, dénuées de revêtement en cuivre.
Enfin, l'espace libre 129 entre la languette 122 d'un ensemble 106, 108 et le canal 125 dans lequel elle s'étend, est rempli par injection de résine ou de silicone, afin d'assurer l'étanchéité des circuits de gaz vis-à-vis de l'extérieur.
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Le fonctionnement de la'plaque bipolaire 100 selon le second mode de réalisation préféré de l'invention est similaire au fonctionnement de la plaque bipolaire 1 du premier mode de réalisation préféré de l'invention.
Notons en prenant l'exemple du premier ensemble 106, que les réactifs se dirigeant vers l'électrode 102 empruntent une zone de distribution 136, constituée d'une part du réseau de canaux 115, et d'autre part de la structure électriquement conductrice 116.
De plus, le transfert des électrons du premier assemblage électrode-membrane-électrode 103 au second assemblage électrode-membrane-électrode 105, s'effectue au moyen des plaques perforées 118, ainsi que des deux languettes 122 et du rivet 126.
En référence à la figure 6, il est représenté une plaque bipolaire 200 selon un troisième mode de réalisation préféré de l'invention.
Dans ce troisième mode de réalisation préféré de l'invention relativement similaire au second mode de réalisation décrit ci-dessus, les structures électriquement conductrices 216 sont des plaques perforées 218 telles que celles de la figure 2, raccordées entre elles par l'intermédiaire de moyens de raccordement électriques prenant la forme d'une pluralité de rubans souples 222 disposés de préférence parallèlement les uns aux autres, et faisant saillie hors de la plaque bipolaire 200. Les rubans souples 222 sont de préférence en alliage inoxydable, et de faible épaisseur d'environ 2 dixièmes de millimètre.
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Les rubans souples 222, sont brasés ou sertis à une extrémité de chacune des plaques perforées 218, assurant ainsi le passage des électrons d'une structure électriquement conductrice 216 à une autre.
Dans ce mode de réalisation préféré, après avoir raccordé les structures électriquement conductrices 216 à l'aide des rubans souples 222, on réalise des joints 211,213 par surmoulage d'environ 2 millimètres d'épaisseur, et ce sur chacune des faces des rubans 222, aux deux extrémités de ceux-ci. De cette manière, comme on peut le voir sur la figure 6, lorsque les rubans souples 222 sont courbés de façon à ce que les plaques 218 soient disposées sensiblement parallèlement l'une par rapport à l'autre, les joints 211 et 213 sont adaptés pour respectivement venir en contact avec les couches non-métalliques 212, et avec les assemblages électrode-membrane-électrode 203,205.
Notons que comme dans les modes de réalisation précédents, les couches non-métalliques 212 définissent une zone d'évacuation de chaleur 210, notamment à l'aide d'intercalaires 233 en résine chargée à la fibre de verre, de préférence assemblés par collage sur les couches non-métalliques 212. Précisons également que la zone d'évacuation de chaleur 210 permet de servir de barrière entre le comburant et le combustible injectés dans les deux ensembles 206 et 208.
En référence à la figure 7, on voit un assemblage des structures électriquement conductrices 316 avec des moyens de raccordement électriques, mis en oeuvre dans un quatrième mode de réalisation préféré de la présente invention. Ce mode de réalisation est
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relativement similaire au troisième mode de réalisation préféré, représenté sur la figure 6.
La différence majeure provient essentiellement des structures électriquement conductrices 316, qui sont constituées par des rubans 318, et non plus par des plaques perforées comme cela était le cas dans le troisième mode de réalisation préféré. En d'autres termes, les rubans 318, disposés parallèlement les uns par rapport aux autres, sont pris en sandwich d'une part entre un joint 311, et d'autre part entre un joint 313, les joints 311 et 313 étant de préférence en forme de cadre. De cette manière, on peut prévoir que les rubans 318 se situent dans le prolongement des rubans souples 322 constituant les moyens de raccordement électriques. Dans une telle configuration, il est alors possible de présenter des rubans appartenant à la fois aux deux structures électriquement conductrices 318, ainsi qu'aux moyens de raccordement électriques de ces structures. Cette disposition spécifique présente alors avantageusement une excellente continuité électrique entre les électrodes 202 et 204 à raccorder.
En repliant les structures électriquement conductrices 316 de sorte qu'elles soient parallèles l'une par rapport à l'autre, on peut alors obtenir une plaque bipolaire telle que celle représentée sur la figure 6.
Au même titre que dans le troisième mode de réalisation préféré de l'invention, les structures électriquement conductrices 316 peuvent être collées sur les couches non-métalliques 212.
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De plus, les couches non-métalliques 212 mises en oeuvre dans les troisième et quatrième modes de réalisation préférés de l'invention, sont du même type que dans les deux premiers modes de réalisation. En effet, elles sont de préférence en résine chargée à la fibre de verre, et obtenues par usinage, par moulage ou par collage. De même, le réseau de canaux présents sur les couches non-métalliques 112,212 est du type chocolat et/ou radiateur .
Figure img00220001
Il reste à préciser que pour réaliser les plaques bipolaires selon les second, troisième et quatrième modes de réalisation préférés de l'invention, les structures électriquement conductrices 16 sont fabriquées séparément des couches non-métalliques 12.
Ensuite, pour réaliser l'assemblage des différents composants, on utilise des techniques de manipulation robotisées et des techniques de collage qui sont communément rencontrées dans la fabrication de cartes électroniques.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées aux plaques bipolaires 1,100, 200 qui viennent d'être décrits, uniquement à titre d'exemples non limitatifs.

Claims (12)

REVENDICATIONS T
1. Plaque bipolaire (1) pour pile à combustible comprenant un premier (6) et un second ensembles (8) espacés l'un de l'autre et définissant une zone d'évacuation de chaleur (10), chaque ensemble (6,8) comportant une zone de distribution de réactifs (36) destinée à être en contact avec une surface (2a, 4a) d'une électrode adjacente (2,4), chaque ensemble (6,8) comprenant également une couche nonmétallique (12), caractérisée en ce que pour chaque ensemble (6,8), la zone de distribution de réactifs (36) comporte d'une part un réseau de canaux (15) formé dans la couche non-métallique (12) au niveau d'une première face (12a) de celle-ci, et d'autre part une structure électriquement conductrice (16) en contact avec la première face (12a) de la couche non-métallique (12), les structures électriquement conductrices (16) des premier (6) et second ensembles (8) étant raccordées électriquement par l'intermédiaire de moyens de raccordement électriques (26,33).
2. Plaque bipolaire (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que pour chaque ensemble (6, 8), ladite structure électriquement conductrice (16) traverse ladite couche non-métallique (12).
3. Plaque bipolaire (1) selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens de raccordement électriques (26,33) comportent des soudures/brasures (26) maintenant fixement la structure électriquement conductrice (16) sur une paroi étanche
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métallique (14) délimitant la zone* d'évacuation de chaleur (10), et solidaire d'une seconde face (12b) de la couche non-métallique (12).
4. Plaque bipolaire (1) selon la revendication 3, caractérisée en ce que la structure électriquement conductrice (16) est une plaque perforée (18), comportant une pluralité de pattes (22) traversant ladite couche non-métallique (12) et montées rigidement par soudures/brasures (26) sur la paroi étanche métallique (14).
5. Plaque bipolaire (1) selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens de raccordement électriques (26,33) comportent également au moins un intercalaire (33) en cuivre monté rigidement par soudures/brasures (34) sur chacune des parois étanches métalliques (14) des premier et second ensembles (6,8).
6. Plaque bipolaire (100) selon la revendication 2, caractérisée en ce que la structure électriquement conductrice (116) est une plaque perforée (118) munie d'une languette de connexion électrique (122) solidaire d'une extrémité de cette plaque (118), ladite languette de connexion (122) traversant la couche non-métallique (112), et s'étendant vers l'extérieur de la plaque bipolaire (100) de manière à faire saillie hors de celle-ci.
7. Plaque bipolaire (100) selon la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens de raccordement électriques comportent au moins un rivet (126) assemblant les languettes de connexion (122) des
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structures électriquement conductrices (116) des premier et second ensembles (106,108).
8. Plaque bipolaire (200) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de raccordement électriques comportent au moins un ruban souple (222), chaque ruban (222) étant en contact avec les structures électriquement conductrices (216) des premier et second ensembles (206,208) et faisant saillie hors de la plaque bipolaire (200).
9. Plaque bipolaire (200) selon la revendication 8, caractérisée en ce que pour chaque ensemble (206,208), la structure électriquement conductrice (216) est une plaque perforée (218) dont une extrémité est solidaire de chaque ruban souple (222) des moyens de raccordement électriques.
10. Plaque bipolaire (200) selon la revendication 8, caractérisée en ce que pour chaque ensemble (206,208), la structure électriquement conductrice (316) est une pluralité de rubans (318) disposés sensiblement parallèlement, dans le prolongement de chaque ruban souple (322) appartenant aux moyens de raccordement électriques.
11. Plaque bipolaire (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche non-métallique (12) de chaque ensemble (6,8) est constituée de résine chargée à la fibre de verre.
12. Plaque bipolaire (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la structure électriquement conductrice (16j de chaque ensemble (6,8) est réalisée à l'aide d'un
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matériau pris parmi le groupe constitué de l'acier inoxydable et de la fibre de carbone.
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