- 1 - PLAQUE BIPOLAIRE POUR PILE A COMBUSTIBLE DOMAINE DE L'INVENTION [0001] La présente invention concerne le domaine des piles à combustibles, et en particulier celui des plaques bipolaires utilisées pour former l'empilement d'une pile à combustibles. En effet, une pile à combustible est composée d'un empilement de cellules électrochimiques comprenant une anode et une cathode séparée par une membrane échangeuse d'ions, les électrodes étant elles-mêmes disposées entre deux plaques bipolaires. [0002] Les piles à combustible font l'objet à l'heure actuelle de nombreuses études dans le cadre des efforts déployés pour limiter la pollution de l'environnement, dans les transports notamment. Parmi les plus étudiés actuellement figurent sans doute les générateurs électrolytiques à combustible hydrogène, utilisant comme comburant de l'air ou de l'oxygène pur.
ETAT DE LA TECHNIQUE [0003] Ainsi que mentionné précédemment, une pile à combustible comporte un empilement de cellules de base, chacune comprenant une anode, une cathode et une membrane échangeuse d'ions, faisant office d'électrolyte. Lors du fonctionnement d'une pile à combustible, deux réactions électrochimiques simultanées se produisent : une oxydation du carburant à l'anode, et une réduction de comburant à la cathode. Ces deux réactions produisent des ions, positifs et négatifs, qui se combinent au niveau de la membrane et produisent de l'électricité sous la foime d'une différence de potentiels. Dans le cas d'une pile à combustible oxygène-hydrogène, ce sont les ions H+ et 0- qui se combinent. [0004] Ces réactions électrochimiques se produisent au niveau de chaque cellule de base, chacune de ces cellules étant séparée des cellules adjacentes par des plaques bipolaires, qui ont plusieurs fonctions, notamment : - une première fonction d'alimentation en carburant et en comburant, et -2- - une deuxième fonction échange thermique, permettant la réfrigération, ou refroidissement, de la pile. [0005] Il est à noter qu'une plaque bipolaire est généralement constituée de deux plaques fines, solidarisées par un moyen tel que la soudure ou le collage. Par ailleurs, les plaques bipolaires, de par leurs différentes fonctions, doivent être conductrices de l'électricité, tout en restant insensible, en termes de corrosion, au comburant et au carburant. [0006] Afin de remplir la première fonction, un canal est prévu sur toute la face des plaques bipolaires en contact avec la membrane. Chaque canal possède une entrée par laquelle pénètre le carburant ou le carburant, et une sortie par laquelle sont évacués les gaz neutres, l'eau générée par la réaction électrochimique, et l'humidité résiduelle de l'hydrogène de son côté. [0007] Pour remplir la deuxième fonction, un liquide de refroidissement est généralement envoyé entre les deux plaques fines formant la plaque bipolaire. Toutefois, on a constaté que, dans le cas de plaques bipolaires classiques, ce refroidissement ne s'effectuait pas correctement, puisque le fluide de refroidissement ne circulait pas dans l'ensemble de la plaque bipolaire. [0008] On connait de la demande EP 1 358 691 des plaques bipolaires comportant des plots, installés entre les deux plaques formant la plaque bipolaire, et permettant de garantir un espace suffisant entre les deux plaques, pour permettre la circulation du liquide de refroidissement. Toutefois, cette solution présente plusieurs inconvénients, notamment en termes de facilité de fabrication. Par ailleurs, on a constaté qu'elle n'offrait pas un refroidissement maximal puisque que la circulation du liquide de refroidissement n'était pas homogène sur l'ensemble de la plaque. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION [0009] Ainsi, la présente invention vise à proposer des plaques bipolaires présentant des aménagements permettant d'améliorer le refroidissement des piles à combustible. Dans un autre aspect, la présente invention vise à proposer des plaques bipolaires présentant des aménagements permettant de renforcer l'alimentation en carburant et/ou comburant. -3- 100101 Ainsi, l'invention concerne une plaque bipolaire constituant la première plaque polaire d'un premier élément de base d'une pile à combustible et la deuxième plaque polaire d'un deuxième élément de base adjacent au premier élément de base de la même pile à combustible, comprenant deux plaques parallèles, chaque plaque comportant au moins un canal de distribution de carburant ou de comburant ménagé dans l'épaisseur de la plaque polaire, et la plaque bipolaire étant caractérisée en ce que les canaux de distribution sont ménagés de façon à ce que lors de l'empilement du premier et deuxième élément de base de la pile à combustible, un canal de circulation se forme entre les deux plaques polaires, et en ce que ce canal de distribution communique avec un orifice d'alimentation en fluide de refroidissement. [0011] Dans une réalisation particulière, la distribution des canaux sur une face de la plaque bipolaire est identique à la distribution des canaux sur la seconde plaque de la face bipolaire, à l'exception d'une zone dans laquelle les canaux présentent un décalage. [0012] Dans une réalisation particulière, la zone dans laquelle les canaux présentent un décalage est la zone dans laquelle, lors de l'assemblage de la plaque bipolaire, les canaux horizontaux coïncideraient en l'absence du décalage. [0013] Dans une réalisation particulière, le décalage a une valeur de 1/2 pas vers le haut. [0014] Dans une réalisation particulière, le décalage des canaux est effectué sur la face anodique de la plaque bipolaire. [0015] Dans une réalisation particulière, les éléments de canaux présentant un décalage présentent des points de fixation. [0016] Un autre aspect de l'invention concerne une plaque bipolaire constituant la première plaque polaire d'un premier élément de base d'une pile à combustible et la deuxième plaque polaire d'un deuxième élément de base adjacent au premier élément de base de la même pile à combustible, comprenant deux plaques parallèles, chaque plaque comportant au moins un canal de distribution de carburant ou de comburant ménagé dans l'épaisseur de la plaque polaire, la plaque bipolaire comprenant en outre un - 4 - collecteur destiné à l'alimentation en carburant et/ou comburant, ce collecteur communiquant avec l'intérieur de la plaque bipolaire par des orifices. La plaque bipolaire étant caractérisée en ce qu'elle comprend une entaille ménagée dans une des plaques parallèles, de manière à permettre à un gaz situé dans le collecteur de rejoindre le canal de distribution via les orifices et l'entaille. [0017] Dans une réalisation particulière la plaque bipolaire comporte un premier élément d'étanchéité, situé sur la face extérieure de la plaque bipolaire dans laquelle est ménagée l'entaille, entre le collecteur et l'entaille, parallèlement à l'entaille. [0018] Dans une réalisation particulière, le premier élément d'étanchéité est un joint réalisé en un matériau polymère. [0019] Dans une réalisation particulière, la plaque bipolaire comporte, entre l'entaille et les canaux d'alimentation, un deuxième élément d'étanchéité permettant de réaliser une étanchéité entre les orifices d'entrée du gaz et un liquide de refroidissement présent entre les deux plaques parallèles. [0020] Dans une réalisation particulière, le deuxième élément d'étanchéité est réalisé par un moyen compris dans le groupe comprenant : une soudure, une brasure, un collage. [0021] Dans une réalisation particulière, l'entaille et/ou le premier élément d'étanchéité, et/ou le second élément d'étanchéité s'étendent sur toute la longueur du 20 collecteur. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES [0022] D'autres objectifs et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la 25 description qui va suivre d'un mode de réalisation préféré mais non limitatif, illustré par les figures suivantes dans lesquelles : - la figure 1 montre une première face d'une plaque bipolaire selon l'invention, - 5 - - la figure 2 montre une vue partielle, selon une coupe C-C, de la plaque bipolaire montrée en figure 1 : - la figure 3 montre une seconde face d'une plaque bipolaire selon l'invention, - les figures 4 et 5 montrent deux coupes, respectivement selon A-A et B-B, de la plaque bipolaire montrée en figure 3. DESCRIPTION DU MEILLEUR MODE DE REALISATION DE L'INVENTION [0023] Une plaque bipolaire comprend un squelette central 1 constitué de deux plaques minces, parallèles, solidarisées par un procédé tel que le collage ou la soudure. Une face de cette plaque est destinée à être adossée à une anode, dans une pile à combustible, et l'autre face est destinée à être adossée à une cathode. [0024] Par la suite, nous utiliserons différents termes, qui doivent être compris dans leur définition ci-après : le terme de « face de la plaque bipolaire », correspond à la face externe d'une des plaques minces, les « côtés de la plaque bipolaire » sont les quatre côtés du rectangle formant la plaque bipolaire, le tenue « horizontal » désignera un élément parallèle aux petits côtés de la plaque bipolaire, et le terme « vertical » désignera un élément parallèle aux grands côtés de la plaque bipolaire, le tenue de « haut de la plaque bipolaire » désigne le bord de la plaque par lequel entrent les gaz et le liquide de refroidissement, le tenue de « bas de la plaque bipolaire » désigne le bord de la plaque par lequel sont évacués les gaz neutres et le liquide de refroidissement. le terme de « face bipolaire anodique » désigne la face de la plaque bipolaire destinée à être au contact avec une anode lors du montage de la pile à combustible, et le tenue de « face bipolaire cathodique » désigne la face de la plaque bipolaire destinée à être au contact avec une cathode lors du montage de la pile à combustible. -6- 100251 Les plaques minces sont percées de plusieurs trous à leur périphérie, afin de former des collecteurs de carburant 2, comburant 3, et de liquide de refroidissement 4. Les plaques comportent également un ensemble de canaux 5, ménagés dans leur épaisseur, afin de permettre la circulation, en surface, de carburant ou de comburant. Par ailleurs, les plaques minces comportent des orifices 6 permettant de faire communiquer un collecteur avec un canal de circulation de gaz. [0026] La présente invention présente une plaque bipolaire montrant des dessins de canaux différents sur chacune des deux faces de la plaque bipolaire. En effet l'objectif de la présente invention est de proposer une plaque bipolaire dans lequel la répartition du fluide de refroidissement est homogène. A cet effet, la présente invention propose, dans une réalisation avantageuse, un dessin de canaux permettant au liquide de refroidissement de se répandre entre les plaques fines formant la plaque bipolaire. [0027] Dans une réalisation avantageuse, une première face de la plaque bipolaire présente un dessin de canaux tels que montré sur la figure 1, folmé d'une spirale rectangulaire couvrant les deux tiers de la plaque, et se terminant, sur le troisième tiers de la plaque, par un serpentin de lignes parallèles. [0028] Dans une réalisation avantageuse montrée à la figure 3, la seconde face de la plaque bipolaire présente un dessin de canal avec des éléments horizontaux de la spirale rectangulaire présentant, sur la partie de ces éléments situés dans le haut du tiers central de la plaque bipolaire un décalage vers le haut, dans le sens vertical. Ce décalage est, par exemple, de l'ordre d'un demi-pas. [0029] De manière plus précise, la zone ZD1 dans laquelle les éléments présentent un décalage est la zone dans laquelle, si on assemblait deux plaques minces présentant le même dessin de canaux, les éléments horizontaux des canaux coïncideraient. [0030] Ainsi, dans la présente invention, l'assemblage d'une plaque bipolaire folmé d'une plaque mince présentant un dessin de canal tel que montré en figure 1, et d'une plaque mince présentant un dessin de canal tel que montré en figure 3, permet de ménager, au niveau de l'entrée du liquide de refroidissement, des espaces tels que le liquide peut se répandre dans l'ensemble de la plaque bipolaire. Ces espaces apparaissent sur la figure 5, qui montre une vue en coupe de la plaque bipolaire, la coupe étant effectuée au niveau d'un décalage. On peut ainsi constater que le - 7 - liquide de refroidissement, pénétrant entre les plaques bipolaires par un orifice 7, ne rencontre pas d'obstacle sur son parcours vers le bas de la plaque bipolaire, ce qui permet une répartition homogène du liquide de refroidissement. [0031] Comme indiqué précédemment, les dessins des canaux sont différents sur chacune des deux faces de la plaque bipolaire. Ainsi, le décalage des canaux tel qu'explicité au paragraphe précédemment peut être effectué sur la face bipolaire anodique ou cathodique. [0032] Toutefois, dans une réalisation préférentielle, le décalage est effectué sur la face anodique. En effet, les canaux ménagés dans la plaque fine formant la face anodique de la plaque bipolaire sont destinés au transport de l'hydrogène. Or, l'hydrogène étant un gaz plus fluide que l'oxygène, le décalage effectué sur le canal est peu, ou pas gênant pour le déplacement du flux d'hydrogène dans la pile à combustible. [0033] Par ailleurs, dans une autre réalisation préférentielle, un décalage similaire des canaux est présent sur la partie basse de la plaque bipolaire, dans une zone ZD2. Ce décalage sur la partie basse est, par exemple, présent sur la même face de la plaque bipolaire que le décalage présent sur la partie haute de la plaque bipolaire. Ce décalage effectué sur la partie basse permet de faciliter l'évacuation du liquide de refroidissement ayant traversé la pile à combustible. [0034] Dans une autre réalisation préférentielle, les éléments de canaux présentant un décalage comprennent, en outre, des points de fixation 8. Ces points de fixation permettent, ainsi que montré en figure 4, de rigidifier la plaque bipolaire lors de l'assemblage des deux plaques minces, et de permettre au canal ménagé entre les deux plaques bipolaires, et montré en figure 5, de ne pas être écrasé lors de l'assemblage. [0035] Ainsi, la présente invention permet d'améliorer le refroidissement de la pile à combustible sans toutefois en affecter le rendement, puisque les flux de gaz hydrogène et oxygène nécessaires au bon fonctionnement de la pile ne sont pas modifiés. [0036] Dans un autre aspect l'invention concerne également une plaque bipolaire comprenant un dispositif permettant l'alimentation en gaz de la pile à combustible. Un exemple de réalisation d'une telle plaque est montré en figures 1 et 2. [0037] Dans une réalisation, la plaque bipolaire comprend une entaille 10 ménagée dans une face de la plaque bipolaire. Cette entaille 10 est située entre un collecteur 4 permettant - 8 - l'alimentation en gaz de la pile à combustible et les canaux ménagés sur les faces de la plaque bipolaire. Ainsi, le gaz situé dans le collecteur 4 pénètre entre les deux plaques fines par les orifices 12 et ressort de l'entre-deux plaques par l'entaille 10, ou saignée d'alimentation, de manière à circuler ensuite dans les canaux d'alimentation 13 ménagés dans l'épaisseur de la plaque fine dans laquelle est pratiquée l'entaille. Ce trajet du gaz est illustré par la flèche référencée 14. [0038] Dans une réalisation avantageuse, la plaque bipolaire comporte également un joint, par exemple en matériau polymère, situé dans la zone indiquée par la flèche 15. Un tel joint est également positionné au même endroit sur la face de la plaque bipolaire destinée à venir au contact de la face montrée en figure 1. Ainsi, lors de l'empilement, ces deux joints permettent de réaliser une étanchéité afin que le gaz circulant dans les canaux de la première plaque ne rentre pas en contact avec le gaz circulant sur la plaque bipolaire suivante dans l'empilement, ces deux gaz étant par nature différents, afin de permettre un fonctionnement correct de la pile à combustible. Afin de permettre le passage du gaz illustré par la flèche 14 au-dessous de la surface d'appui du joint 15, la surface d'appui du joint 15 est surélevée par rapport aux autres zones d'appui du joint où un passage du gaz n'est pas nécessaire en dessous du joint. [0039] Par ailleurs, un joint 16 permet de réaliser une étanchéité entre les deux plaques fines formant la plaque bipolaire, de façon à ce que le gaz suivant le trajet indiqué par la flèche 14 n'entre pas en contact avec le liquide de refroidissement circulant dans la plaque bipolaire. [0040] Ce joint est, par exemple, réalisé par brasure, par soudure, par collage ou tout autre moyen de liaison étanche. [0041] Dans une réalisation préférentielle, l'entaille 10 et les deux joints 15 et 16 s'étendent sur toute la longueur du collecteur 4, étant entendu que le terme longueur doit être compris comme s'étendant sur toute la partie horizontale du collecteur, au sens de la présente invention. [0042] De manière avantageuse, ce dispositif peut être installé mutatis mutandis sur les deux faces de la plaque, étant entendu qu'il se situe, sur la face anodique, au niveau du collecteur d'alimentation en hydrogène, et sur la face cathodique, au niveau du collecteur d'alimentation en oxygène. [0043] Ainsi, le dispositif de la présente invention, comprenant notamment une entaille et un ou plusieurs joints d'étanchéité, permet une alimentation en gaz de la pile à combustible tout en - 9 - réalisant une étanchéité entre les deux gaz, par exemple hydrogène et oxygène, circulant dans la pile à combustible. Le dispositif permet également de réaliser une étanchéité entre le liquide de refroidissement et les gaz. [0044] Les deux aspects de la présente invention, à savoir le décalage des canaux pour permettre un refroidissement correct de la plaque bipolaire, et l'utilisation d'une entaille pour l'alimentation en gaz, peuvent être utilisés conjointement ou de manière indépendante l'un de l'autre. [0045] On notera que des éléments similaires ont été référencés sur les figures avec des références distinctes, ceci afin de clarifier le propos. Ainsi, les canaux référencés 13 en figure 2 forment l'ensemble de canaux référencé 5 en figures 1 et 3. En outre, les orifices référencés 6, 7 et 12 sont des orifices de même nature. [0046] L'invention n'est bien entendu pas limitée aux exemples décrits et représentés et diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre défini par les revendications annexées.15