FR2840109A1 - Cellule elementaire pour pile a combustible a structure helicoidale, procede de fabrication et pile a combustible comprenant une plurialite de cellules elementaires - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une cellule élémentaire (1) pour pile à combustible comprenant deux électrodes entre lesquelles se situe une membrane échangeuse d'ions (20). Selon l'invention, l'une des deux électrodes présente une surface filetée portant la membrane échangeuse d'ions (20), l'ensemble formé par cette électrode et la membrane échangeuse d'ions (20) étant apte à être assemblé de façon vissée sur une surface filetée appartenant à l'autre des deux électrodes.L'invention se rapporte également à une pile à combustible munie d'une pluralité de cellules élémentaires 1.
Description
B 13976.3 Js
CELLULE ELEMENTAIRE POUR PILE A COMBUSTIBLE A STRUCTURE
HELICOIDALE, PROCEDE DE FABRICATION ET PILE A
COMBUSTIBLE COMPRENANT UNE PLURALITE DE CELLULES
ELEMENTAIRES
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La presente invention se rapporte a une pile a combustible comprenant une membrane du type echangeuse d' dons comme electrolyte, et plus
specifiquement une membrane echangeuse de protons.
Plus particulierement, l' invention a trait a des cellules elementaires pour piles a combustible ainsi qu'a leurs procedes de fabrication, les cellules elementaires egalement appelees < assemblages electrode-membraneelectrode >, comportant de fac,on classique deux electrodes entre lesquelles se situe la
membrane echangeuse d'ions.
A titre d'exemples, l' invention trouve une application dans le domaine des piles a combustible du type PEMFC (de l'anglais < Proton Exchange Membrane Fuel Cell >), du type DMFC (de l'anglais < Direct Methanol Fuel Cell >), ou encore du type alcaline
echangeuse d' anions.
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ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
De maniere generale, une pile a combustible comporte un empilement de cellules elementaires, au sein desquelles a lieu une reaction electrochimique entre deux reactifs qui vent introduits de maniere continue. Le combustible, tel que l'hydrogene pour les piles fonctionnant avec des melanges hydrogene/oxygene, ou le methanol pour des piles fonctionnant avec des melanges methanol/oxygene, est amene au contact de l' anode, alors que le comburant, generalement l'oxygene, est amene au contact de la cathode. Les deux electrodes vent separees par un electrolyte, de type membrane echangeuse d'ions. La reaction electrochimique, dont l'energie est convertie en energie electrique, se scinde en deux demi-reactions: - une oxydation du combustible se deroulant a l' interface anode/electrolyte, produisant dans le cas des piles a hydrogene des protons H+, qui vont traverser l' electrolyte en direction de la cathode, ainsi que des electrons rejoignant le circuit exterieur, afin de concourir a la production d'energie electrique; - une reduction du comburant se deroulant a l' interface electrolyte/cathode, avec production d'eau
dans le cas des piles a hydrogene.
La reaction electrochimique a lieu, a
proprement parler, au niveau d'un assemblage electrode-
membrane-electrode. Pour assurer le fonctionnement d'appareils electriques, il est necessaire d'obtenir une puissance electrique largement superieure a la puissance delivree
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par une seule cellule elementaire ou assemblage electrode-membraneelectrode. Dans cette optique, les assemblages electrode-membraneelectrode vent disposes le plus souvent sous forme d'empilement, la continuite electrique entre les differents assemblages etant assuree au moyen de plaques conductrices, cites plaques bipolaires. Ces plaques bipolaires, de preference realisees en graphite ou en acier inoxydable, assurent la jonction electrique entre l' anode d'un assemblage lO electrode-membrane-electrode et la cathode de ['assemblage adjacent. Ainsi, elles permettent d'assurer les plus grandes conductivites electriques possibles, de manibre a eviter les chutes ohmiques
prejudiciables au rendement de la pile.
De cette facon, chaque assemblage electrode-membrane-electrode est confine entre deux plaques bipolaires, ces dernibres remplissant egalement la fonction de distribution des reactifs aux electrodes, et pouvant presenter des elements de refroidissement afin de faire face aux eventuelles
surchauffes de l'empilement.
En outre, les piles a combustible connues de l'art anterieur disposent generalement d'une architecture du type << filtre-presse >>, correspondent a une conception specifique dans laquelle les plaques bipolaires et les cellules elementaires disposent de surfaces planes, assemblees les unes sur les autres par serrage des divers elements. De plus, dans les piles a combustible classiques de l'art anterieur, les plaques bipolaires comprennent un reseau de canaux serpentant sur toute la surface en contact avec la cellule
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elementaire, afin d' assurer une distribution de reactifs la plus homogene possible en direction d'une
electrode de la cellule.
Cependant, apres avoir effectue des analyses optiques a la lumiere polarisee, on a pu se rendre compte que l' operation de serrage des plaques bipolaires sur une cellule elementaire entranait des
deformations de la membrane echangeuse d'ions.
En effet, les analyses realisees ont permis de localiser les deformations de la membrane dans des zones situees au niveau des canaux des plaques bipolaires adjacentes, ces canaux etant initialement prevus pour etre empruntes par les reactifs. Les deformations rencontrees s'expliquent en grande partie par la non-homogeneite des sollicitations mecanioues exercees sur la membrane lors de l' operation de serrage, ces sollicitations etant essentiellement concentrees sur des portions de la membrane en regard des parties pleines des plaques bipolaires separant les divers canaux. Il est precise que lorsque l' operation de serrage est achevee et la cellule elementaire maintenue en position, les parties deformees de la membrane vent bloquees a l'interieur de ces canaux, reduisant ainsi considerablement la duree de vie de
cette membrane et de la cellule elementaire associee.
De plus, lors du fonctionnement de la cellule elementaire, il a egalement ete remarque que la membrane echangeuse d' dons avait tendance a se gonfler, provoquant des ondulations au niveau des parties de la membrane se situant a l'interieur des canaux des plaques bipolaires adjacentes. Or il stavere que les
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ondulations engendrees participant largement a l' apparition d'un inconvenient majeur, resident dans la diminution de la surface de contact entre cette membrane ondulee et les electrodes de la cellule elementaire, cette diminution se traduisant directement par la reduction de la surface d'echange ionique entre
ces differents elements. L' inconvenient mentionne ci-
dessus entrane alors une localisation de l'activite electrochimique aux seules portions de la membrane en contact avec les electrodes, ces portions etant uniquement con s t ituee s par l e sommet de s ondu l at ion s
apparues lors du gonflement de la membrane.
Bien entendu, la localisation tres specifique de l'activite electrochimique provoque un vieillissement accelere de la membrane echangeuse d' dons au niveau des portions concernees, ce vieillissement localise conduisant a la formation de fissures pouvant engendrer un courtcircuit de la pile, lorsque le niveau de degradation est tel que les fissures se vent propagees jusqu'a devenir debouchantes. Par ailleurs, il est a noter que lors de ['assemblage par serrage d'une plaque bipolaire et d'une cellule elementaire, un joint d'etancheite situe entre ces deux elements est concu pour etre deforme, afin d' assurer une parfaite etancheite entre ces differents elements. Cependant, d'autres observations effectuees ont egalement conduit a la conclusion que la deformation du joint d'etancheite engendrait inevitablement la deformation d'une partie de la membrane echangeuse d' dons se trouvant a proximite de
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ce joint d'etancheite. Ainsi, on a pu remarquer que la forme retenue du type section carree pour les electrodes, la membrane et la plaque bipolaire n'est en aucun cas adaptee pour permettre a la membrane de supporter les deformations du joint d'etancheite, survenant lors de l 'operation de serrage. Par consequent, les deformations des parties de la membrane situees a proximite du joint d'etancheite subissent egalement un vieillissement accelere, pouvant provoquer la formation spontanee de fissures localisees sur cette membrane.
EXPOSE DE L' INVENTION
L' invention a done tout d'abord pour but de proposer une cellule elementaire pour pile a combustible comprenant deux electrodes entre lesquelles se situe une membrane echangeuse dtions, la cellule remediant au moins partiellement aux inconvenients mentionnes ci-dessus relatifs aux realisations de lart anterieur. Plus precisement, le but de l' invention est de presenter une cellule elementaire pour pile combustible dont la conception augmente de facon significative la duree de vie de la membrane echangeuse d'ions. Par ailleurs, la presente invention a egalement pour but de proposer un procede de
fabrication d'une telle cellule elementaire.
Enfin, le but de l' invention est de presenter une pile a combustible comportant une pluralite de cellules elementaires telles que celles
repondant au but de l' invention mentionne ci-dessus.
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Pour ce faire, l' invention a pour objet une cellule elementaire pour pile a combustible comprenant deux electrodes entre lesquelles se situe une membrane echangeuse d'ions. Selon l 'invention, l'une des deux electrodes presente une surface filetee portent la membrane echangeuse d'ions, ['ensemble forme par cette electrode et la membrane echangeuse d' dons etant apte a etre assemble de fac,on vissee sur une surface filetee
appartenant a l'autre des deux electrodes.
Avantageusement, la cellule elementaire selon l' invention est conc,ue de telle sorte que lors de ['assemblage de l 'ensemble forme par l'une des deux electrodes et la membrane echangeuse d' dons sur l'autre des electrodes, la membrane echangeuse d' dons se trouve confinee entre deux surfaces filetees, lui permettant d'etre mise sous pression de maniere continue au fur et a mesure du deroulement de lt operation de vissage. De cette fac,on, lorsque l' operation d'assemblage est achevee, les sollicitations mecaniques stexerc,ant sur la membrane vent sensiblement uniformement reparties sur toute sa surface en contact avec les deux electrodes, sans presenter de zones deformees comme cela etait le cas dans les realisations de l'art anterieur. Notons a cet effet que l 'absence de deformations significatives sur la membrane echangeuse d' dons est en partie due a la forme sinusoidale des filets presents sur les surfaces filetees, ces filets minimisant fortement les concentrations de contraintes
sur la membrane maintenue entre ces deux surfaces.
Ainsi, la mise en euvre d'une telle cellule elementaire ne favorise pas la creation de zones de s 14087.3 AP vieillissement accelere sur la membrane echangeuse d'ions, ce qui permet avantageusement a cette derriere de ne pas etre fissuree, et de presenter par consequent une duree de vie considerablement augmentee par rapport a celle des realisations de l'art anterieur. Par ailleurs, avec un tel agencement de moyens, les surfaces filetees des deux electrodes rigides n'autorisent pas a la membrane echangeuse d' dons de presenter des ondulations lors de la mise en fonctionnement de la pile comportant la cellule. En effet, le gonflement de la membrane provenant de son impregnation d'eau provoque son plaquage contre les electrodes, de sorte que les surfaces de contact entre ces electrodes et la membrane ne vent en aucun cas diminuees. En consequence, la reaction electrochimique s'effectue sur une grande partie de la membrane, interdisant ainsi le vieillissement accelere de
certaines portions de cette membrane.
En outre, un avantage de la presente invention reside dans l' augmentation, par rapport aux realisations de l 'art anterieur, des surfaces d' echange
entre la membrane echangeuse d' dons et les electrodes.
En effet, tandis que les elements de l'art anterieur presentent des surfaces de contact sensiblement planes, la cellule elementaire selon l' invention dispose en revanche de surfaces d'echange du type helicoidale, engendrant par consequent une croissance de la densite
de courant pouvant etre produit.
De facon preferentielle, la membrane echangeuse d' dons presente deux surfaces filetees apses a cooperer respectivement avec les surfaces filetees
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des deux electrodes, ['ensemble de ces surfaces etant
realise de maniere a ce qu'elles disposent du meme pas.
Ainsi, il est possible de realiser la membrane echangeuse d' dons selon un film preforme au pas des surfaces filetees des deux electrodes. Preferentiellement, l'une des deux electrodes est constituee par un revetement depose sur une vis, et l'autre des deux electrodes est constituee par un revetement depose sur un ecrou forme dans un
substrat.
Dans une telle configuration, on peut alors prevoir que la vis et le substrat vent realises dans un materiau poreux apte a autoriser une diffusion de reactifs en direction des electrodes. De plus, la vis et le substrat vent respectivement munis d' au moins un orifice dans lequel au moins un reactif est susceptible
d'etre injecte.
Selon un mode de realisation prefere de la presente invention, la membrane echangeuse dtions est portee par l' electrode deposee sur la vis, et chaque orifice prevu dans le substrat debouche directement dans un espace au moins partiellement delimite par la surface filetee de l' electrode deposee sur l'ecrou, autorisant le passage de chaque reactif dans des interstices d'une liaison helicodale entre la surface filetee de l' electrode deposee sur lecrou et la
membrane echangeuse d'ions.
Par ailleurs, l' invention a egalement pour objet une pile a combustible comprenant une pluralite de cellules elementaires telles que celle objet de l' invention et decrite ci-dessus, les cellules etant
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connectees electriquement entre elles et disposant d'un substrat commun. A titre d'exemple, en agen,cant les ecrous sous forme matricielle, la surface dechange peut etre jusquta environ vingt fois superieure a la surface d'echange d'une pile conventionnelle de l'art
anterieur, de dimensions sensiblement identiques.
Enfin, ['objet de l' invention concerne egalement un procede de fabrication d'une telle cellule
elementaire pour pile a combustible.
D'autres avantages et caracteristiques de
l' invention apparatront dans la description detaillee
non limitative ci-dessous.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Cette description sera faite au regard des
dessins annexes parmi lesquels; - la figure 1 represente une vue schematique en coupe de face d'une cellule elementaire selon un mode de realisation prefere de la presente invention; - la figure 2 represente une vue a plus grande echelle d'une partie de la cellule elementaire representee sur la figure 1; - la figure 3 represente une vue schematique partielle de dessus d'une pile a combustible comprenant une pluralite de cellules elementaires, telles que celle representee sur la
figure 1.
EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISAT1ON PREFERES
En reference aux figures 1 et 2, on volt une cellule elementaire 1 pour pile combustible selon
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un mode de realisation prefere de la presente invention. La cellule elementaire 1, par exemple susceptible de delivrer une puissance comprise entre 10 et 50 kW lorsqu'elle entre dans la constitution de piles a combustible de puissance moyenne, peut 8tre mise en euvre dans tout type de pile tel que les piles
PEMFC et les piles DMFC.
La cellule elementaire 1 comprend un substrat 2 realise de preference dans un materiau poreux, dans lequel est pratique un ecrou 4 presentant
une surface filetee 6.
Une premiere electrode 8, de preference en graphite, silicium, ceramique ou mousse metallique, est deposee sous forme de revetement sur la surface filetee 6 de l'ecrou 4, et presente egalement une surface filetee 10 de diametre inferieur et de pas identique a la surface filetee 6 de l'ecrou 4. La premiere electrode 8 peut indifferemment s'etendre sur toute la hauteur de la surface filetee 6 de l'ecrou 4, ou
seulement sur une portion de cette surface filetee 6.
La cellule elementaire 1 comporte egalement une vis 12 realisee de preference dans un materiau poreux. Une seconde electrode 14, de preference en graphite, silicium, ceramique ou mousse metallique, est deposee sous forme de revetement sur une surface filetee 16 de la vis 12, et presente egalement une surface filetee 18 de diametre superieur et de pas identique a la surface filetee 16 de la vis 12. Notons que le pas de la surface filetee 16 est identique au
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pas de la surface filetee 6 de l'ecrou 4. De la meme facon que pour la premiere electrode 8 de la cellule elementaire 1, la seconde electrode 14 peut indifferemment s'etendre sur toute la hauteur de la surface filetee 16 de la vis 12, ou seulement sur une portion de cette surface filetee 16. De preference, les deux electrodes 8 et 14 vent deposees de sorte que lorsque la vis 12 est en place sur l'ecrou 4, ces deux electrodes 8 et 14 vent en regard l'une de l'autre et
s'etendent sur une hauteur identique.
Une membrane echangeuse d' dons 20, de preference du type film preforme au pas des surfaces filetees 6,10,16,18, est monte sur la surface filetee 18 de la seconde electrode 14, de maniere a ce qu'une premiere surface filetee 22 de la membrane echangeuse d' dons 20 soit en contact surfacique avec la surface filetee 18 de la seconde electrode 14. Pour ce faire, on pourra par exemple prevoir que la membrane echangeuse d' dons 20 est elastique et de diametre legerement inferieur au diametre de la surface filetee 18 de la seconde electrode 14, afin que suite a un montage par vissage, les deux surfaces filetees concernees 18 et 22 soient disposees l'une par rapport a l'autre de facon a s'epouser totalement. Il est precise que la membrane echangeuse d' dons 20 est concue pour setendre tout autour de la seconde electrode 14, mais comprend egalement une portion annulaire 23 reliee a la partie s'etendant tout autour de la seconde electrode 14, la portion annulaire 23 etant situee sous
la tete 24 de la vis 12 de la cellule elementaire 1.
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L'ensemble forme par la vis 12, la seconde electrode 14, la surface filetee 18 de la seconde electrode 14 et la membrane echangeuse d' dons 20 est assemble de fa,con vissee sur la surface filetee 10 de la premiere electrode 8. Pour faciliter le vissage et limiter les deformations de cette membrane 20 lors de lt operation d'assemblage de ['ensemble, il est possible de prevoir que la membrane echangeuse d' dons 20 est preformee de maniere a disposer d'une seconde surface filetee 26 apte a cooperer avec la surface filetee 10 de la premiere electrode 8, afin d'etablir une liaison helicoidale entre la premiere electrode 8 et la
membrane 20 de la cellule elementaire 1.
Ainsi, la seconde surface filetee 26 de la membrane 20 est realisee de fa, con a disposer du meme pas que les autres surfaces filetees 6,10,16,18 de la cellule elementaire 1, ainsi que d'un diametre legerement superieur au diametre de la surface filetee de la premiere electrode 8. De cette fac, on, lorsque ['ensemble mentionne ci-dessus est assemble sur le substrat 2 de la cellule 1, la membrane echangeuse d' dons 20 est mise sous pression entre les deux surfaces filetees 10,18 des deux electrodes 8,14 de la cellule. En outre, toujours en reference aux figures 1 et 2 r le substrat 2 de la cellule elementaire 1 comprend un bosselage cylindrique 28 dans lequel est partiellement realise l'ecrou 4, ce bosselage 28 faisant saillie en dehors d'un corps principal 30 de ce substrat 2. Il est a noter que le bosselage cylindrique 28 est muni de preference d'une pluralite d'ailettes 32
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facilitant le refroidissement de la cellule 1, ces ailettes 32 prenant la forme de couronnes cylindriques espacees et agencees autour de la surface exterieure du
bosselage 28.
De plus, la tete de vis 24 comprend une gorge annulaire 34, au niveau d'une surface inferieure destinee a etre plaquee contre le bosselage cylindrique 28 du substrat 2. De la meme maniere, une gorge annulaire 36 est situee au niveau d'une surface superieure du bosselage cylindrique 28, et disposee sensiblement en regard de la gorge annulaire 34 prevue sur la vis 12, lorsque celle-ci est assemblee sur le substrat 2 de la cellule elementaire 1. Des joints d'etancheite toriques 38,40 vent respectivement destines a prendre place a l'interieur des gorges annulaires 34 et 36 et a entrer en contact avec la portion annulaire 23 de la membrane echangeuse d' dons , de maniere a realiser l'etancheite de la cellule
elementaire 1.
Notons que cette etancheite est realisee en vue de maintenir un ou des reactifs associes a chacune des deux electrodes 8 et 14, respectivement dans le
substrat 2 et dans la vis 12.
A cet effet, la vis 12 est munie au niveau de sa tete 24 d'un embout 42 preferentiellement filete, susceptible de cooperer avec des moyens dtinjection (non representes) d'un ou plusieurs reactifs destines a alimenter la seconde electrode 14. L'embout 42 dispose interieurement d'un orifice cylindrique 44 d'axe identique a l'axe de la vis 12, cet orifice 44 stetendant sensiblement tout le long de la vis 12. Le
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ou les reactifs utilises vent alors en mesure d'emprunter cet orifice 44 en forme de canal longitudinal, et de diffuser en direction de la premibre electrode 8 en circulant a l'interieur de la vis 12 realisee dans un materiau poreux. La zone de contact helicoidale entre la surface filetee 18 de la seconde electrode 14 et la premiere surface filetee 22 de la membrane 20 constitue alors la surface d'echange sur laquelle peut s'effectuer une premiere reaction
electrochimique.
Bien entendu, il est egalement envisageable de prevoir d'autres orifices de formes quelconques dans
la vis 12, sans sortir du cadre de l' invention.
Par ailleurs, le substrat 2 comporte au niveau de sa surface inferieure un embout 46 prenant preferentiellement la forme d'un alesage filete, susceptible de cooperer avec des moyens d' injection (non representes) d'un ou plusieurs reactifs destines a
alimenter la premiere electrode 8.
L'embout 46 est prolonge par un orifice cylindrique 48 d' axe identique a l ' axe de la vis 12 et de l'ecrou 4 de la cellule elementaire 1. 'orifice 48 debouche a l'intrieur d'un espace 50 delimite partiellement par la surface filetee 10 de la premiere electrode 8. Comme l'illustre la figure 1, l'espace 50 correspond a une partie inferieure d'une zone evidee definie par l'ecrou 4 et/ou la surface filetee 10 de la premiere electrode 8, cette partie inferieure etant non-occupee par la vis 12 lorsqu'elle est assemblee sur le substrat 2. De plus, il est precise que l'espace 50 dans lequel debouche l' orifice cylindrique 48 est
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egalement delimite par la membrane echangeuse d' dons , cette derriere disposant en effet d'une portion sensiblement plane 52 en forme de disque s'etendant perpendiculairement a l'axe de la vis 12, et formant capuchon au niveau de l'extremite filetee de cette vis 12. En consequence, la partie filetee de la vis 12 et la seconde electrode 14 vent entierement confinees dans la membrane echangeuse d' dons 20, de sorte que les reactifs injectes dans la vis 12 ne puissent pas entrer en contact avec les reactifs injectes dans le substrat 2. Le ou les reactifs utilises vent alors en mesure d'emprunter l' orifice 48 en forme de canal longitudinal, et de penetrer a l'interieur de l'espace 50. Ainsi, dans une telle configuration, chaque reactif present dans l'espace 50 est capable de s'infiltrer dans des interstices 51 de la liaison helicoidale existante entre la premiere electrode 8 deposee sur l'ecrou 4, et la membrane echangeuse dtions 20. En effet, une liaison helicoidale classique comme celle prevue entre les elements mentionnes ci-dessus est telle qu'il existe des zones de contact entre les elements, ainsi que des zones dans lesquelles les deux elements vent situes a distance l'un de l'autre. Dans ces derrieres zones communiquant entre elles et egalement appelees interstices de la liaison helicoidale, les reactifs fluides ou liquides peuvent circuler librement afin de se repartir tout le long de
la liaison de facon homogene.
Notons que lorsque l'on adopte une telle conception pour la cellule elementaire 1, les
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interstices 51 permettent de faire circuler les reactifs de facon homogene sur la premiere electrode 8, tandis que les zones de contact entre la surface 10 et la surface 26 ont pour fonction de servir de surface d'echange sur laquelle est apte a se produire une
seconde reaction electrochimique.
Bien entendu, il est egalement envisageable de prevoir une solution classique dans laquelle le ou les reactifs seraient injectes dans un ou plusieurs orifices de formes quelconques prevus dans le substrat 2, ce dernier etant alors realise dans un materiau poreux apte a autoriser la diffusion des
reactifs en direction de la premiere electrode 8.
Par ailleurs, l' invention concerne un procede de realisation d'une cellule elementaire 1 pour pile a combustible, comme celle qui vient d'8tre decrite. Selon un mode de realisation prefere de ce procede, la membrane echangeuse d' dons 20 est d'abord preformee, notamment a l' aide de la vis 12. Ainsi, suite a cette operation realisee de preference sous vice, la membrane 20 peut disposer des premiere et seconde surfaces filetees 22 et 26, au pas identique a
celui de la surface filetee 16 de la vis 12.
Ensuite, la seconde electrode 14 est deposee sous forme de revetement sur la surface filetee 16 de la vis 12, le depot s'effectuant selon les techniques classiques de depot telles que la methode CVD (de l'anglais << Chemical Vapor Deposition,>), ou de la methode PVD (de l'anglais Physical Vapor
Deposition >).
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Le rev8tement obtenu suite a ltetape precedente est ensuite usine pour que la seconde electrode 14 soit munie de la surface filetee 18, destinee a recevoir la premiere surface filetee 22 de la membrane echangeuse dtions 20. De la meme maniere, le substrat 2 comprend un ecrou 4 sur lequel il est depose un revetement afin de realiser la premiere electrode 8, toujours en utilisant les techniques classiques de depot mentionnees ci-dessus. Le revetement obtenu est ensuite taraude afin que la premiere electrode 8 dispose de la surface filetee 10, destinee a recevoir la seconde
surface filetee 26 de la membrane echangeuse d' dons 20.
Une fois les electrodes 8 et 14 effectuees, on procede a ['assemblage par vissage de la membrane echangeuse d' dons 20 sur la surface filetee 18 de seconde electrode 14. Notons que comme la membrane 20 est preformee au diametre de la vis 12 et non au diametre de la surface filetee 18 de la seconde electrode 14 qui lui est superieur, la membrane 20 epouse totalement la surface filetee 18 de cette seconde electrode. Par consequent, il nexiste pas d' interstices entre la surface filetee 18 de la seconde electrode 14, et la premiere surface filetee 22 de la
membrane echangeuse d' dons 20.
Enfin, il ne reste plus qu'a visser 1'ensemble forme par la membrane echangeuse d' dons 20, la seconde electrode 14 et la vis 12, sur la surface filetee 10 de la premiere electrode 8, de maniere a obtenir la cellule elementaire 1 dont la membrane
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echangeuse d' dons 20 est sous pression entre les deux
electrodes 8 et 14.
En reference a la figure 3, il est partiellement represente une pile a combustible 100 selon une mode de realisation prefere de ['invention, la pile 100 comprenant une pluralite de cellules elementaires 1, telles que celle qui vient d'etre decrite. Dans ce mode de realisation prefere, le substrat 2 est commun a toutes les cellules elementaires 1, et les ecrous 4 portent les vis 12 vent disposes de fac,on matricielle sur ce substrat 2. Le substrat 2 est alors conc,u pour alimenter chacune des premieres electrodes 8 revetant les ecrous 4. De plus, les electrodes 8 et 14 (non representees sur la figure 3) des cellules 1 vent reliees electriquement entre elles, afin que la puissance delivree par la pile 100 corresponde a la somme des puissances generees par
chaque cellule elementaire 1 constituent la pile 100.
Ainsi, pour un encombrement extremement reduit, la surface d'echange globale de la pile 100, correspondent a la somme des surfaces dechange dechacune des cellules elementaires 1, est largement augmentee par rapport a celle obtenue dans les piles a combustible de l'art anterieur. En effet, a titre d'exemple et pour un substrat 2 de section carree d' environ 25 cm2, on est facilement en mesure de multiplier par vingt la valeur de la surface d'echange par rapport a une pile classique de l'art anterieur, utilisant une plaque bipolaire de memes dimensions que celles du substrat 2. Notons que l' augmentation de la
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surface dechange est provoquee d'une part en raison de la multiplicite des cellules elementaires 1 agencees sur le meme substrat 2, et d'autre part en raison de la forme helicoidale des surfaces d'echange. De plus, de part le nombre important de cellules elementaires 1 presentes sur le substrat 2, loreque l'une ou un nombre faible d'entre elles vent endommagees, l 'ensemble des autres cellules 1 est capable de maintenir la production d'une puissance sensiblement identique a
celle produite par toutes les cellules 1.
Par ailleurs, il est precise que la disposition matricielle des cellules elementaires 1 permet d'effectuer des operations de maintenance sans demonter ['ensemble de la pile, dans la mesure ou
chacun des elements 1 est accessible individuellement.
D'autre part, la disposition matricielle facilite l' implantation d'elements de reserve, ces derniers pouvant simplement remplacer des elements devenant
defectueux et apses a se mettre en court-circuit.
Bien entendu, diverges modifications peuvent 8tre apportees par l'homme du metier a la cellule elementaire 1, a la pile a combustible 100 et au procede de fabrication de la cellule elementaire 1 qui viennent d'etre decrits, uniquement a titre
d'exemples non limitatifs.
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Claims (12)
1. Cellule elementaire (1) pour pile a combustible (100) comprenant deux electrodes (8,14) entre lesquelles se situe une membrane echangeuse dtions (20), caracterisee en ce que l'une desdites deux electrodes (14) presente une surface filetee (18) portent la membrane echangeuse d' dons (20), ['ensemble forme par cette electrode (14) et la membrane echangeuse d' dons (20) etant apte a etre assemble de facon vissee sur une surface filetee (10) appartenant a
l'autre desdites deux electrodes (8).
2. Cellule elementaire (1) selon la revendication 1, caracterisee en ce que la membrane echangeuse d' dons (20) presente deux surfaces filetees (22,26) apses a cooperer respectivement avec les surfaces filetees (18,10) desdites deux electrodes
(14,8).
3. Cellule elementaire (1) selon la revendication 2, caracterisee en ce que les surfaces filetees (10,18,22,26) desdites deux electrodes (8,14) et de la membrane echangeuse d' dons (20) ont le meme pas.
4. Cellule elementaire (1) selon l'une
quelconque des revendications precedentes, caracterisee
en ce que la membrane echangeuse d' dons (20) est un
film preforme.
5. Cellule elementaire (1) selon l'une
quelconque des revendications precedentes, caracterisee
en ce que l'une desdites deux electrodes (14) est constituee par un revetement depose sur une vis (12), et en ce que l'autre desdites deux electrodes (8) est
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constituee par un revetement depose sur un ecrou (4)
forme dans un substrat (2).
6. Cellule elementaire (1) selon la revendication 5, caracterisee en ce que la vis (12) et le substrat (2) vent realises dans un materiau poreux apte a autoriser une diffusion de reactifs en direction
des electrodes (8,14).
7. Cellule elementaire (1) selon la revendication 5 ou la revendication 6, caracterisee en ce que la vis (12) est munie d'au moins un orifice (42) dans lequel au moins un reactif est susceptible detre injecte.
8. Cellule elementaire (1) selon l'une
quelconque des revendications 5 a 7, caracterisee en ce
que le substrat (2) est muni d'au moins un orifice (48) dans lequel au moins un reactif est susceptible d'etre injecte.
9. Cellule elementaire (1) selon la revendication 8, caracterisee en ce que la membrane echangeuse d' dons (20) est portee par l' electrode (14) deposee sur ladite vis (12), et en ce que chaque orifice (48) prevu dans le substrat (2) debouche directement dans un espace (50) au moins partiellement delimite par la surface filetee (10) de lt electrode (8) deposee sur l'ecrou (4), autorisant le passage de chaque reactif dans des interstices (51) d'une liaison helicoidale entre la surface filetee (10) de l' electrode (8) deposee sur l'ecrou (4), et la membrane
echangeuse d' dons (20).
10. Pile a combustible (100), caracterisee en ce qu'elle comprend une pluralite de cellules
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elementaires (1) selon l'une quelconque des
revendications precedentes, lesdites cellules (1) etant
connectees electriquement entre elles.
11. Pile a combustible (100) selon la revendication 10, caracterisee en ce que les cellules elementaires (1) comportent un substrat (2) commun dans lequel des ecrous (4) vent pratiques de facon a etre
disposes de fac,on matricielle.
12. Procede de fabrication d'une cellule elementaire (1) pour pile a combustible (100) selon
l'une quelconque des revendications 1 a 9, caracterise
en ce qutil comprend les etapes suivantes: - preformage de la membrane echangeuse d' dons (20) a l' aide d'une vis (12); - depot d'un revetement sur la vis (12) afin de creer une electrode (14); - usinage du revetement realise afin d'obtenir la surface filetee (18) de cette electrode (14); 20. - depot d'un revetement sur un ecrou (4) afin de creer une autre electrode (8); - taraudage du revetement realise afin d'obtenir la surface filetee (10) de cette autre electrode (8); - vissage de la membrane echangeuse diions (20) sur la surface filetee (18) de l 'electrode (14) portee par la vis (12); - vissage de ['ensemble constitue par la membrane echangeuse d' dons (20), la vis (12) et lt electrode (14) portee par la vis (12), sur la surface
filetee (10) de l'autre electrode (8).
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