FR2858465A1 - Structures poreuses utilisables en tant que plaques bipolaires et procedes de preparation de telles structures poreuses - Google Patents
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Abstract
L'invention a trait à une structure poreuse caractérisée en ce qu'elle comprend une matrice poreuse (15) en tissu de carbone, ladite matrice poreuse étant délimitée au niveau d'une au moins de ses faces (17, 21) par une couche étanche (19,23) en un élément choisi ladite couche étanche étant liée à la matrice poreuse par des liaisons carbone-carbone.L'invention a trait également à un procédé de fabrication de telles structures poreuses.Application aux domaines des piles à combustibles et des échangeurs thermiques.
Description
STRUCTURES POREUSES UTILISABLES EN TANT QUE PLAQUES
BIPOLAIRES ET PROCEDES DE PREPARATION DE TELLES STRUCTURES POREUSES.
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention a trait à des structures poreuses, pouvant être utilisées notamment en tant que plaques bipolaires ou ensemble plaque 10 bipolaire/électrode dans des dispositifs de pile à combustible.
L'invention concerne également un procédé de fabrication de telles structures poreuses.
Le domaine général de l'invention peut être 15 défini comme celui des piles à combustible, en particulier des piles à combustible du type à électrolyte polymère solide.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Une pile à combustible est un ensemble 20 comportant généralement une pluralité de cellules élémentaires empilées les unes sur les autres. Dans chacune des cellules élémentaires de la pile à combustible, une réaction électrochimique se crée entre deux réactifs qui sont introduits de manière continue 25 dans les cellules élémentaires. Le combustible habituellement utilisé est l'hydrogène ou le méthanol, suivant que l'on se trouve respectivement en présence d'une pile fonctionnant avec des mélanges du type hydrogène/oxygène (pile du type PEMFC) et en présence d'une pile fonctionnant avec des mélanges du type méthanol/oxygène (pile du type DMFC).
Le combustible est amené au contact de l'anode tandis que le comburant, en l'occurrence l'oxygène, est amené au contact de la cathode.
La cathode et l'anode sont séparées par un électrolyte du type membrane échangeuse d'ions.
Au niveau de l'anode, il se produit une réaction d'oxydation du combustible, par exemple 10 l'hydrogène, représentée par l'équation suivante: 2H2 -* 4H+ + 4eAu niveau de la cathode, il se produit une réaction de réduction de l'oxydant, en général l'oxygène, représentée par l'équation suivante: 15 02 + 4H+ + 4e- - 2H20 On assiste alors à une réaction électrochimique dont l'énergie créée est convertie en énergie électrique. Des protons H+ circulent de l'anode en direction de la cathode en traversant l'électrolyte. 20 Des électrons produits à l'anode sont acheminés vers la cathode par un circuit extérieur afin de concourir à la production d'énergie électrique.
Dans un même temps, au niveau de la cathode, on assiste à une production d'eau qui est 25 évacuée de l'ensemble électrode-membrane-électrode.
Dans les piles à combustible de l'art antérieur, plusieurs ensembles électrode-membraneélectrode sont empilés les uns sur les autres, afin d'obtenir une puissance supérieure à celle fournie par 30 un seul de ces ensembles. La jonction et la continuité électrique entre ces ensembles s'effectuent généralement à l'aide de plaques conductrices, ces plaques étant également appelées plaques bipolaires.
C'est donc à l'aide de ces plaques bipolaires, que l'on peut joindre la cathode d'un 5 ensemble avec l'anode d'un ensemble adjacent. Ces plaques bipolaires permettent en outre d'assurer les plus grandes conductivités électriques possibles, de manière à éviter les chutes ohmiques préjudiciables au rendement de la pile à combustible.
Les plaques bipolaires doivent également remplir d'autres fonctions que celle d'assurer la jonction électrique.
En effet, on doit par exemple procéder, par l'intermédiaire de ces plaques bipolaires, à 15 l'alimentation continue en réactifs de l'anode d'un premier ensemble, et de la cathode d'un second ensemble adjacent, les plaques bipolaires remplissant, à ce moment là, le rôle de distributeur de réactifs.
De plus, les plaques bipolaires servent 20 aussi à l'évacuation des produits au niveau de la cathode, en intégrant des éléments d'élimination de l'eau en excès.
Les plaques bipolaires peuvent en outre incorporer un échangeur thermique servant à contrer 25 toute surchauffe au sein de l'empilement d'ensembles électrode-membrane-électrode.
Notons enfin qu'une autre fonction de ces plaques bipolaires peut résider dans la tenue mécanique des ensembles électrode-menbrane-électrode, notamment 30 lorsque ces derniers sont empilés les uns sur les autres. Un tel assemblage assure un volume global de la pile de faible épaisseur, ce qui est tout à fait compatible avec les applications prévues, comme par exemple celle concernant un véhicule électrique.
Dans l'art antérieur, il existe différentes 5 configurations de plaques bipolaires, pour réaliser la distribution des réactifs.
On note tout d'abord une configuration selon laquelle des canaux sont usinés sur au moins une face des plaques bipolaires. Ces canaux sont prévus 10 pour assurer une distribution la plus homogène possible des réactifs sur une surface de l'électrode avec laquelle ils sont en contact.
Ces canaux sont habituellement organisés de sorte que les réactifs injectés dans ces canaux 15 serpentent sur une grande partie de la surface de l'électrode. Les moyens mis en oeuvre pour obtenir un tel résultat sont des tronçons horizontaux espacés par des coudes descendant à 180 . Notons que ces tronçons sont également susceptibles de récupérer et d'évacuer 20 l'eau produite au niveau de la cathode.
Cependant, il a été constaté que cet agencement particulier de moyens ne permettait pas d'obtenir une surface d'échange suffisamment importante pour aboutir à un rendement de conversion 25 électrochimique acceptable en vue d'une application industrielle.
Pour pallier cet inconvénient, une autre configuration a été proposée dans l'art antérieur.
Il s'agit selon cette configuration 30 d'utiliser une mousse métallique à forte porosité à adjoindre aux pièces métalliques dans lesquelles sont pratiqués des usinages, cette mousse métallique permettant d'assurer une bonne distribution des réactifs ainsi que l'évacuation des différents produits.
Néanmoins, le fait d'adjoindre une mousse métallique au niveau de la plaque bipolaire contribue à créer une résistance importante, ce qui entraîne une diminution de la conduction électrique au sein de l'ensemble.
Même si le problème afférent à la conduction électrique peut être partiellement résolu en compressant la mousse métallique, il s'avère en tout état de cause que des problèmes de corrosion persistent, du fait de la nature chimique très 15 agressive de l'environnement de ce type de pile à combustible, même en utilisant des revêtements inoxydables, et notamment en raison de la présence de nombreux défauts comme des ruptures de brins au sein de la mousse métallique.
Ainsi, les structures, utilisées en tant que plaques bipolaires dans l'art antérieur, présentent toutes l'un ou plusieurs inconvénients suivants: elles ne permettent pas une distribution efficace des réactifs, du fait d'une surface d'échange 25 insuffisante entre la structure et l'élément à alimenter en fluide; - elles engendrent, par le fait qu'elles peuvent être constituées de plusieurs pièces éventuellement en matériaux différents, une résistance 30 de contact et des problèmes de corrosion.
EXPOSE DE L'INVENTION Le but de la présente invention est donc de proposer une structure poreuse utilisable notamment pour constituer des plaques bipolaires ainsi que des 5 ensembles plaque bipolaire/électrode, ladite structure remédiant aux inconvénients de l'art antérieur précité.
Le but de l'invention est également de proposer un procédé de fabrication de telles structures poreuses.
Ainsi, selon un premier objet, la présente invention a trait à une structure poreuse comprenant une matrice poreuse en tissu de carbone, ladite matrice poreuse étant délimitée au niveau d'une au moins de ses 15 faces par une couche étanche en un élément choisi parmi les fibres de carbone, les nanotubes de carbone, ladite couche étanche étant liée à la matrice poreuse par des liaisons carbone-carbone.
Une telle structure poreuse présente les 20 avantages suivants: - du fait qu'elle soit constituée uniquement de carbone, cette structure présente une continuité électrique, une bonne conductivité ainsi qu'une grande inertie chimique, que ne présentent pas 25 les structures poreuses de l'art antérieur; - du fait que les parties de cette structure (matrice et couche étanche) ne sont plus uniquement liées par liaison mécanique mais par des liaisons carbone-carbone, cette structure, lorsqu'elle 30 sera dédiée à la circulation de fluide, ne connaîtra pas de problème de fuite de fluide; et - pour les mêmes raisons que celles mentionnées ci-dessus, lorsqu'elle sera dédiée à la conduction électrique, la structure poreuse de l'invention ne présentera pas de chute de potentiel, 5 dans la mesure où la résistance de contact inhérente aux structures de l'art antérieur n'existe plus, du fait que les différents éléments constitutifs de la structure poreuse de l'invention sont constitués du même matériau (le carbone) et sont liés par des 10 liaisons carbone-carbone; - enfin, le fait de n'utiliser que des éléments de carbone tels qu'explicités ci-dessus pour constituer la structure poreuse permet de limiter l'encombrement et la masse de celle- ci. 15 Selon un second objet, la présente invention a trait à un procédé de fabrication d'une structure poreuse telle que définie précédemment, ledit procédé comprenant une étape de réalisation de ladite 20 ou desdites couche(s) étanche(s) par croissance d'éléments de carbone choisis parmi les fibres de carbon, les nanotubes de carbone, sur une face ou deux faces opposées d'une matrice en tissu de carbone suivie d'une densification desdits éléments de carbone.
Ainsi, le procédé de l'invention présente les avantages suivants: - il apporte une simplification dans la conception des zones poreuses, dans la mesure, où contrairement aux procédés de l'art antérieur, de 30 telles zones poreuses ne sont plus conçues par superposition de matériaux de natures différentes; - permet un contrôle de la porosité des différentes parties constitutives de la zone poreuse; - il permet, grâce aux matériaux utilisés tous à base de carbone, d'obtenir une zone présentant 5 une excellente stabilité chimique, électrochimique et thermique; - il met en oeuvre des étapes pouvant être réalisées dans une ligne de production continue.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description non limitative détaillée ci-dessous.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Les figures 1 à 6 sont des vues en coupe de différentes structures poreuses conformes à l'invention.
EXPOSÉ DÉTAILLE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS Comme mentionné précédemment, l'invention a trait à des structures poreuses pouvant être utilisées en tant que plaque bipolaire et/ou en tant qu'ensemble plaque bipolaire/électrode.
Ainsi, les structures poreuses sont 25 constituées d'une matrice poreuse en tissu de carbone, ladite matrice poreuse étant délimitée au niveau d'une au moins de ses faces par une couche étanche en un élément choisi parmi les fibres de carbone, les nanotubes de carbone, ladite couche étanche étant liée 30 à la matrice poreuse par des liaisons carbonecarbone.
On précise que, selon l'invention, la structure poreuse présente globalement une porosité ouverte.
On précise que, par matrice poreuse en 5 tissu de carbone, on entend, dans ce qui précède et ce qui suit, une pièce souple constituée d'un enchevêtrement de fils en fibres de carbone, le degré d'enchevêtrement étant fonction de la porosité souhaitée.
La matrice poreuse est délimitée sur au moins l'une des ses faces par une couche étanche, c'est-à-dire une couche imperméable aux gaz et aux liquides. Cette couche étanche présente la particularité d'être réalisée en un élément de carbone 15 choisi parmi les fibres de carbone, les nanotubes de carbone et de ne pas être associée à la matrice poreuse par une liaison mécanique mais par des liaisons carbone-carbone.
De ce fait, la structure poreuse constitue 20 une pièce ne présentant pas, telle que cela est le cas des structures poreuses de l'art antérieur, une résistance de contact, responsable notamment, lorsque les structures poreuses sont utilisées en tant que plaque bipolaire, d'une chute de potentiel.
Selon l'utilisation envisagée des structures poreuses de l'invention, celles-ci peuvent se présenter sous différentes configurations.
Ainsi, selon un premier mode de réalisation, représentée notamment par la figure 1, la 30 structure poreuse 1 comporte une matrice poreuse 3 en tissu de carbone délimitée au niveau d'une première face 5 par une couche étanche 7, présentant les caractéristiques précédemment mentionnées et au niveau d'une deuxième face 9 opposée à la première face par une couche poreuse 11 en fibres de carbone, ladite 5 couche poreuse 11 étant liée par des liaisons carbonecarbone à la matrice poreuse 3. Il est entendu que la couche poreuse présentera une porosité prédéterminée en fonction de l'usage dédié à cette couche.
Selon un second mode de réalisation, 10 représentée par la figure 2, la structure poreuse 13 comporte une matrice poreuse 15 délimitée au niveau d'une première face 17 par une couche étanche 19 et au niveau d'une seconde face 21 opposée à la première face par une autre couche étanche 23, lesdites couches 15 étanches 19, 23 étant telles que définies précédemment.
Les structures poreuses de l'invention peuvent comprendre également une couche 'poreuse en fibres de carbone sur le ou les couches étanches susmentionnées et/ou sur une face de la matrice 20 poreuse, telles que cela est notamment représenté sur les figures 3 et 4.
Ainsi, la figure 3 représente une structure poreuse 25 comprenant une matrice poreuse 27, délimitée sur une face 30 par une couche étanche 29 et sur la face opposée 32 par une couche poreuse 31 telle que représentée sur la figure 1, et en plus une autre couche poreuse 33 sur ladite couche étanche 29.
La figure 4, quant à elle, représente une structure poreuse 35 comprenant une matrice poreuse 37 30 délimitée sur deux faces opposées 40, 42 par deux couches étanches 39, 41 de part et d'autre de ladite il matrice poreuse 37, sur lesquelles sont fixées par liaison carbone-carbone deux couches poreuses 43, 45.
On note que, selon l'un quelconque des modes de réalisation, les structures poreuses peuvent 5 comprendre une couche active (référencée respectivement 12 sur les figures 1, 5 et 6) déposée sur les couches poreuses susmentionnées.
Il est entendu que les différentes 10 structures simples décrites cidessus peuvent être associées pour fournir des structures plus complexes.
Ainsi, la figure 5 correspond à une structure poreuse complexe résultant de l'association par leurs couches étanches 7 de deux structures 15 poreuses 13 telles que représentés sur la figure 1.
La figure 6 correspond à une structure poreuse complexe résultant de l'association par leurs couches étanches (7, 19, 23) d'une structure poreuse 13 20 conforme à la figure 2 avec deux structures poreuses 1 conformes à la figure 1.
Les structures poreuses de l'invention peuvent être utilisées en tant que plaque bipolaire 25 et/ou en tant qu'ensemble plaque bipolaire/électrode.
Les structures poreuses de l'invention peuvent être également utilisées dans des échangeurs thermiques.
On rappellera qu'une plaque bipolaire est une pièce assurant la séparation physique entre deux 30 électrodes de polarité opposée de deux cellules de pile adjacente, tout en assurant la continuité électrique.
Une plaque bipolaire peut assurer, en plus de son rôle de séparation, un rôle dans la distribution des réactifs adéquats (à savoir combustible ou comburant) aux électrodes susmentionnées.
Un ensemble plaque bipolaire/électrode est un ensemble résultant de l'association d'une plaque bipolaire telle que définie précédemment avec au moins une partie d'une électrode, c'est-à-dire la zone de diffusion des réactifs (pouvant correspondre aux 10 couches poreuses précédemment mentionnées) et éventuellement la zone active (pouvant correspondre à la couche active susmentionnée) . On précise que, par couche active, on entend selon l'invention une couche comprenant au moins un catalyseur apte à catalyser la 15 réaction électrochimique adéquate à l'électrode concernée.
Ainsi, en particulier les structures poreuses représentées sur les figures 1, 4, 5 et 6 peuvent être utilisées en tant que plaques bipolaire 20 et/ou ensemble électrode/plaque bipolaire.
Ainsi, la structure représentée sur la figure 1 peut correspondre à un ensemble électrode/plaque bipolaire situé en fin d'empilement, lorsque ledit ensemble est destiné à être incorporé 25 dans une pile constituée d'un empilement de cellules élémentaires. Dans ce cas, la couche étanche 7 et la matrice poreuse 3 correspondent à une demi-plaque, dans la mesure où elle ne repose que sur une électrode et la couche poreuse 11 correspond à la zone de diffusion des 30 réactifs de l'électrode et la couche catalytique 12 correspond à la zone active de l'électrode.
La structure représentée sur la figure 4 peut correspondre à une plaque bipolaire comprenant un circuit de refroidissement, dans laquelle: - la matrice poreuse 37 correspond à la zone de circulation du liquide de refroidissement; - les couches poreuses 43, 45 correspondent aux zones de distribution des réactifs; - les couches étanches 39, 41 assurent une séparation entre la zone de circulation du liquide de 10 refroidissement et les zones de distribution des réactifs.
La structure poreuse représentée sur la figure 5 peut correspondre à un ensemble électrode/plaque bipolaire ne comprenant pas de circuit 15 de refroidissement, dans lequel: - les matrices poreuses 3 correspondent à la zone de distribution des réactifs; - les couches poreuses 11 correspondent à la zone de diffusion des électrodes appartenant à deux 20 cellules adjacentes; - les couches actives 12 correspondent à la zone active des électrodes appartenant à deux cellules adjacentes; - les couches étanches 7 assurant la 25 séparation entre les deux zones de distribution des réactifs.
La structure représentée sur la figure 6 peut correspondre à un ensemble électrode/plaque 30 bipolaire comprenant un circuit de refroidissement, dans lequel: - la matrice poreuse 15 correspond à la zone de circulation du liquide de refroidissement et les matrices poreuses 3 correspondent aux deux zones de distribution des réactifs; - les couches poreuses 11 correspondent aux zones de diffusion des électrodes appartenant à deux cellules adjacentes; - les couches actives 12 correspondent à la zone active des électrodes appartenant à deux cellules 10 adjacentes; - les couches étanches 7, 19, 23 assurant la séparation entre la zone de circulation du liquide de refroidissement et les deux zones de distribution des réactifs.
La structure représentée par la figure 2 peut correspondre à une plaque bipolaire dans laquelle: - la matrice poreuse 15 correspond à une 20 zone de circulation d'un fluide de refroidissement; - les couches étanches 19 et 23 peuvent assurer la séparation entre deux électrodes de deux cellules de pile adjacentes.
Enfin, la structure représentée par la figure 3 peut correspondre à un ensemble électrode/plaque bipolaire dépourvu de circuit de refroidissement dans lequel: - la matrice poreuse 27 et la couche 30 poreuse 31 correspondent à une zone de distribution de réactifs; - la couche poreuse 33 correspond à une zone de distribution de réactifs distincte de la zone de distribution précédemment mentionnée; - la couche étanche 29 assure la séparation entre les deux zones de distribution susmentionnées.
Pour les différents cas de figure explicités ci-dessus, il est entendu que la porosité, au sein d'une même couche poreuse peut être variable, 10 selon l'usage de cette couche poreuse. La porosité entre deux couches poreuses distinctes peut être également différente selon que ces couches poreuses sont dédiées à la distribution de gaz (tel que 02) et à la distribution de liquide (tel que le méthanol) 15 Comme mentionné précédemment, l'invention se rapporte à un procédé de fabrication d'une telle structure poreuse telle que définie précédemment, ledit procédé comprend une étape de réalisation de ladite ou 20 desdites couche(s) étanche(s) par croissance d'éléments de carbone sur une face ou deux faces opposées d'une matrice en tissu de carbone suivie d'une densification desdits éléments de carbone.
Selon l'invention, on précise que l'on entend par matrice en tissu de carbone une pièce résultant de l'enchevêtrement de fibres de carbone, l'enchevêtrement étant plus ou moins dense selon la porosité souhaitée.
Les matrices en tissu de carbone peuvent être disponibles dans le commerce ou peuvent être préparées préalablement par exemple par aiguilletage de fibres de carbone. On précise que la technique d'aiguilletage consiste à enchevêtrer mécaniquement des fibres à l'intérieur d'un voile, à l'aide d'une 5 aiguilleteuse, l'enchevêtrement pouvant être réglé en fonction de la porosité recherchée.
L'étape de réalisation de la ou les couches étanches consiste à réaliser ces couches étanches, de 10 manière à ce qu'elles soient ancrées, en tout ou partie dans le tissu de carbone, plus précisément dans les pores constitutifs du tissu de carbone par le biais de liaison carbone-carbone. L'on obtient ainsi une zone poreuse (constituée par la structure du tissu de 15 carbone) limitée sur au moins une de ses faces par une couche étanche, qui interpénètre les pores dudit tissu, la pièce résultante étant ainsi une pièce monobloc , c'est-à- dire une pièce ne résultant de l'adjonction de plusieurs pièces réunis, par exemple, par soudage et ne 20 présentant pas les inconvénients inhérents à ce type de pièces, telles que cela a été mentionné plus haut.
Ainsi, une telle structure peut être obtenue par croissance d'éléments de carbone sur au moins une des faces d'une matrice en tissu de carbone 25 suivie d'une densification desdits éléments de carbone.
On précise que, par éléments de carbone, on entend, de préférence, selon l'invention, des fibres de carbone, des nanotubes de carbone.
Lorsque les éléments de carbone sont des 30 fibres de carbone, l'étape de croissance desdites fibres de carbone peut consister à pyroliser des fibres précurseurs des fibres de carbones, lesdites fibres pouvant être des fibres polymères telles que des fibres de polyacrylonitrile (PAN), des fibres obtenus à partir de brai, l'étape de pyrolyse étant précédée des étapes suivantes: - une étape d'imprégnation de la face adéquate de la matrice en tissu de carbone par des monomères adéquats ou du brai de pétrole; - dans le cas où les fibres précurseurs 10 sont des fibres polymères, une étape de polymérisation desdits monomères suivi d'un filage, pour obtenir les fibres polymères adéquats; - dans le cas où les fibres précurseurs sont des fibres de brai, une étape de filage de manière 15 à obtenir des fibres de brai.
Il est entendu que le filage se fera de manière à obtenir une réseau de fibres suffisamment enchevêtrées afin, qu'à l'issue de la pyrolyse, la couche résultante soit une couche étanche.
Lorsque la structure poreuse de l'invention comporte une ou plusieurs couches poreuses délimitant la matrice en tissu ou déposée(s) sur les couches étanches, la ou lesdites couches poreuses peuvent être obtenir par croissance d'éléments de carbone, telles 25 que les fibres de carbone et les nanotubes de carbone, la croissance étant réglée de manière à obtenir à l'issue de cette croissance une couche présentant la porosité souhaitée.
Lorsque la structure poreuse comporte 30 également une couche active à base de catalyseur, cette dernière peut être obtenue par des techniques classiquement employées dans la fabrication des couches actives, telles que l'enduction par ou la pulvérisation par des suspensions comprenant le catalyseur adéquat.
De telles suspensions peuvent être une suspension de carbone platiné.
Ainsi, grâce à leurs caractéristiques susmentionnées, les structures poreuses de l'invention grâce à la présence de différentes zones à porosité 10 déterminée, trouvent leurs applications dans le domaine des piles à combustible de type PEMFC ou DMFC fonctionnant à basse température et des piles fonctionnant à température intermédiaire (tels que les piles à acide phosphorique fonctionnant à 250 C) en 15 tant que plaques bipolaires mais également dans le domaine des échangeurs thermiques.
Claims (8)
1. Structure poreuse comprenant une matrice poreuse (3, 15, 27, 37) en tissu de carbone, ladite matrice poreuse étant délimitée au niveau d'une au 5 moins de ses faces (5, 17, 21, 30, 40, 42) par une couche étanche (7, 19, 23, 29, 39, 41) en un élément choisi parmi les fibres de carbone, les nanotubes de carbone, ladite couche étanche étant liée à la matrice poreuse par des liaisons carbone-carbone. 10
2. Structure poreuse selon la revendication 1, dans laquelle ladite matrice poreuse (3) est délimitée au niveau d'une première face (5) par une couche étanche (7), telle que définie dans la 15 revendication 1 et au niveau d'une deuxième face (9) opposée à la première face par une couche poreuse (11) en fibres de carbone, ladite couche poreuse étant liée par des liaisons carbone-carbone à la matrice poreuse.
3. Structure poreuse selon la revendication 1, dans laquelle ladite matrice poreuse (15) est délimitée au niveau d'une première face (17) par une couche étanche (19) et au niveau d'une seconde face (21) opposée à la première face par une autre couche 25 étanche (23), lesdites couches étanches étant telles que définies dans la revendication 1.
4. Structure poreuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre sur le ou 30 lesdites couches étanches (29, 39, 41) et/ou sur une face (32) de la matrice (27) une couche poreuse (31, 33, 43, 45) en fibres de carbone.
5. Structure poreuse selon la revendication 5 2, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre sur ladite ou lesdites couches poreuses une couche active (12).
6. Structure poreuse selon l'une quelconque 10 des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ladite structure poreuse est une plaque bipolaire et/ou un ensemble plaque bipolaire-électrode.
7. Procédé de fabrication d'une structure 15 poreuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit procédé comprend une étape de réalisation de ladite ou desdites couche(s) étanche(s) par croissance d'éléments de carbone sur une face ou deux faces opposées d'une matrice en tissu de 20 carbone suivie d'une densification desdits éléments de carbone.
8. Procédé de fabrication selon la revendication 7, comprenant une étape de préparation de 25 ladite matrice en tissu de carbone par aiguilletage de fibres de carbone.
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| PCT/FR2004/050362 WO2005013398A2 (fr) | 2003-07-29 | 2004-07-28 | Structures poreuses utilisables en tant que plaques bipolaires et procedes de preparations de telles structures poreuses |
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| US10/565,998 US20060183300A1 (en) | 2003-07-29 | 2004-07-28 | Porous structures useful as bipolar plates and methods for preparing same |
| CNB2004800220720A CN100400470C (zh) | 2003-07-29 | 2004-07-28 | 可以用作双极板的多孔结构以及生成该多孔结构的方法 |
| JP2006521637A JP2007500118A (ja) | 2003-07-29 | 2004-07-28 | バイポーラ板として有用である多孔質構造及びその作成方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090023046A1 (en) * | 2007-07-20 | 2009-01-22 | Chao-Yang Wang | Porous Transport Structures for Direct-Oxidation Fuel Cell System Operating with Concentrated Fuel |
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| CN101425584B (zh) * | 2007-11-02 | 2011-05-04 | 清华大学 | 燃料电池膜电极及其制备方法 |
| CN101465434B (zh) * | 2007-12-19 | 2010-09-29 | 清华大学 | 燃料电池膜电极及其制备方法 |
| US8968820B2 (en) * | 2008-04-25 | 2015-03-03 | Nanotek Instruments, Inc. | Process for producing hybrid nano-filament electrodes for lithium batteries |
| US8906335B2 (en) * | 2008-05-29 | 2014-12-09 | Lockheed Martin Corporation | System and method for broad-area synthesis of aligned and densely-packed carbon nanotubes |
| CN101752568B (zh) * | 2008-12-17 | 2012-06-20 | 清华大学 | 膜电极及采用该膜电极的生物燃料电池 |
| US9077042B2 (en) | 2008-07-25 | 2015-07-07 | Tsinghua University | Membrane electrode assembly and biofuel cell using the same |
| CN101752567B (zh) * | 2008-12-17 | 2012-09-19 | 清华大学 | 膜电极及采用该膜电极的燃料电池 |
| US8889314B2 (en) * | 2009-01-13 | 2014-11-18 | GM Global Technology Operations LLC | Bipolar plate for a fuel cell stack |
| JP5502440B2 (ja) * | 2009-04-22 | 2014-05-28 | 株式会社東芝 | 燃料電池スタック及びそれを備えた燃料電池システム |
| CN102483010B (zh) | 2009-07-10 | 2015-03-18 | 埃塔里姆有限公司 | 用于在热能与机械能之间进行转换的斯特林循环转换器 |
| JP2014501868A (ja) | 2010-11-18 | 2014-01-23 | エタリム インコーポレイテッド | スターリングサイクル変換器装置 |
| TWI447995B (zh) | 2011-12-20 | 2014-08-01 | Ind Tech Res Inst | 雙極板與燃料電池 |
| FR3042511B1 (fr) * | 2015-10-16 | 2018-04-20 | Hexcel Reinforcements | Tissu aiguillete de faible grammage, son procede de fabrication et son utilisation dans une couche de diffusion pour une pile a combustible |
| JP6467089B1 (ja) * | 2018-06-13 | 2019-02-06 | 学校法人東京理科大学 | モスアイ転写型、モスアイ転写型の製造方法及びモスアイ構造の転写方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58145066A (ja) * | 1982-02-24 | 1983-08-29 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
| JPS61116760A (ja) * | 1984-11-12 | 1986-06-04 | Toshiba Corp | 燃料電池 |
| US4664988A (en) * | 1984-04-06 | 1987-05-12 | Kureha Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell electrode substrate incorporating separator as an intercooler and process for preparation thereof |
| FR2841233A1 (fr) * | 2002-06-24 | 2003-12-26 | Commissariat Energie Atomique | Procede et dispositif de depot par pyrolyse de nanotubes de carbone |
| WO2004025003A2 (fr) * | 2002-09-12 | 2004-03-25 | Snecma Propulsion Solide | Structure fibreuse tridimensionnelle en fibres refractaires, procede pour sa realisation et application aux materiaux composites thermostructuraux. |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4396669A (en) * | 1980-08-22 | 1983-08-02 | Carbone Usa Corporation | Composite carbonaceous articles and process for making same |
| EP0330124A3 (fr) * | 1988-02-24 | 1991-06-12 | Toray Industries, Inc. | Substrat électroconductif intégré et procédé de fabrication |
| US5202293A (en) * | 1989-01-17 | 1993-04-13 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Carbon fiber reinforced carbon |
| JPH02196045A (ja) * | 1989-01-23 | 1990-08-02 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 高純度石英母材製造用加熱炉 |
| JP3151580B2 (ja) * | 1992-12-04 | 2001-04-03 | 日石三菱株式会社 | 炭素材料の製造法 |
| US6683783B1 (en) * | 1997-03-07 | 2004-01-27 | William Marsh Rice University | Carbon fibers formed from single-wall carbon nanotubes |
| US6555945B1 (en) * | 1999-02-25 | 2003-04-29 | Alliedsignal Inc. | Actuators using double-layer charging of high surface area materials |
| US7132161B2 (en) * | 1999-06-14 | 2006-11-07 | Energy Science Laboratories, Inc. | Fiber adhesive material |
-
2003
- 2003-07-29 FR FR0350379A patent/FR2858465A1/fr not_active Withdrawn
-
2004
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58145066A (ja) * | 1982-02-24 | 1983-08-29 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
| US4664988A (en) * | 1984-04-06 | 1987-05-12 | Kureha Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell electrode substrate incorporating separator as an intercooler and process for preparation thereof |
| JPS61116760A (ja) * | 1984-11-12 | 1986-06-04 | Toshiba Corp | 燃料電池 |
| FR2841233A1 (fr) * | 2002-06-24 | 2003-12-26 | Commissariat Energie Atomique | Procede et dispositif de depot par pyrolyse de nanotubes de carbone |
| WO2004025003A2 (fr) * | 2002-09-12 | 2004-03-25 | Snecma Propulsion Solide | Structure fibreuse tridimensionnelle en fibres refractaires, procede pour sa realisation et application aux materiaux composites thermostructuraux. |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 007, no. 258 (E - 211) 17 November 1983 (1983-11-17) * |
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 010, no. 302 (E - 445) 15 October 1986 (1986-10-15) * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2888047A1 (fr) * | 2005-06-29 | 2007-01-05 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Plaque bipolaire pour pile a combustible et pile a combustible |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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