FR3003695A1

FR3003695A1 - Cellule de pile a combustible incluant un assemblage electrode/membrane et un renfort colle

Info

Publication number: FR3003695A1
Application number: FR1352461A
Authority: FR
Inventors: Benoit Barthe; Denis Tremblay; Remi Vincent
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2014-09-26

Abstract

L'invention concerne une cellule de pile à combustible (1), comprenant : -une membrane échangeuse de protons (113) ; -des premier et deuxième renforts (131, 132) comportant chacun une partie de recouvrement et une partie d'extension, la partie de recouvrement se superposant à la périphérie de la membrane échangeuse de protons et comportant une ouverture médiane, la partie d'extension s'étendant latéralement au-delà de la membrane échangeuse de protons, la périphérie de la membrane échangeuse de protons (113) étant disposée entre les parties de recouvrement respectives desdits premier et deuxième renforts, un conduit d'écoulement (124) étant ménagé à travers les parties d'extension des premier et deuxième renforts ; -un élément adhésif (140) solidarisant la partie de recouvrement de chacun desdits renforts à ladite membrane échangeuse de protons et solidarisant la partie d'extension du premier renfort à la partie d'extension du deuxième renfort, cet élément adhésif incluant : -du méthyle cellulose entre 1% et 4,9% en poids de l'extrait sec de l'élément adhésif, et -un latex de type acrylique, de type styrène butadiène ou de type caoutchouc acrylonitrile-butadiène, entre 16% et 98,99% en poids de l'extrait sec de l'élément adhésif.

Description

CELLULE DE PILE A COMBUSTIBLE INCLUANT UN ASSEMBLAGE ELECTRODE/MEMBRANE ET UN RENFORT COLLE L'invention concerne les piles à combustible à membranes échangeuses 5 de protons (dites PEM pour Proton Exchange Membrane en langue anglaise), et en particulier la conception de l'association entre un assemblage membrane/électrodes et des conduits de refroidissement. Les piles à combustible sont envisagées comme système d'alimentation 10 électrique pour des véhicules automobiles produits à grande échelle dans le futur, ainsi que pour un grand nombre d'applications. Une pile à combustible est un dispositif électrochimique qui convertit de l'énergie chimique directement en énergie électrique. Du dihydrogène est utilisé comme carburant de la pile à combustible. Le dihydrogène est oxydé et ionisé sur une électrode de la pile et 15 du dioxygène de l'air est réduit sur une autre électrode de la pile. La réaction chimique produit de l'eau au niveau de la cathode, de l'oxygène étant réduit et réagissant avec les protons. Le grand avantage de la pile à combustible est d'éviter des rejets de composés polluants atmosphériques sur le lieu de génération d'électricité. 20 Les piles à combustible à membrane d'échange de protons, dites PEM, présentent des propriétés de compacité particulièrement intéressantes. Chaque cellule comprend une membrane électrolytique permettant seulement le passage de protons et non le passage des électrons. La membrane comprend une anode sur une première face et une cathode sur une deuxième face pour 25 former un assemblage membrane/électrodes dit AME. Au niveau de l'anode, le dihydrogène est ionisé pour produire des protons traversant la membrane. Les électrons produits par cette réaction migrent vers une plaque d'écoulement, puis traversent un circuit électrique externe à la cellule pour former un courant électrique. 30 La pile à combustible peut comprendre plusieurs plaques d'écoulement, par exemple en métal, empilées les unes sur les autres. La membrane est disposée entre deux plaques d'écoulement. Les plaques d'écoulement peuvent comprendre des canaux et orifices pour guider les réactifs et les produits vers/depuis la membrane. Les plaques sont également électriquement 35 conductrices pour former des collecteurs des électrons générés au niveau de l'anode. Des couches de diffusion gazeuse (pour Gaz Diffusion Layer en langue anglaise) sont interposées entre les électrodes et les plaques d'écoulement et sont en contact avec les plaques d'écoulement. ICG10795 FR Depot Texte.doc Les procédés d'assemblage de la pile à combustible, et en particulier les procédés de fabrication de l'AME, ont une importance déterminante sur les performances de la pile à combustible et sur sa durée de vie. Le document US2008/0105354 décrit un tel procédé d'assemblage 5 membrane/électrodes pour une pile à combustible. L'assemblage membrane/électrodes formé comporte des renforts. Chaque renfort entoure les électrodes. Les renforts sont formés à partir de films polymères et renforcent l'assemblage membrane/électrodes au niveau des arrivées de gaz et de liquide de refroidissement. Les renforts facilitent la manipulation de l'assemblage 10 membrane/électrodes pour éviter sa détérioration. Les renforts limitent également les variations dimensionnelles de la membrane en fonction de la température et de l'humidité. En pratique, les renforts se superposent à la périphérie des électrodes, afin de limiter le phénomène de perméation de gaz à l'origine d'une détérioration de l'assemblage membrane/électrodes. 15 Selon ce procédé, on réalise un renfort en formant une ouverture dans la partie médiane d'un film polymère. Le renfort comporte un adhésif sensible à la pression sur une face. On récupère un assemblage membrane/électrodes et l'on vient placer l'ouverture du renfort à l'aplomb d'une électrode. Le renfort recouvre la périphérie de cette électrode. Un pressage est ensuite réalisé pour solidariser 20 le renfort à la membrane et à la bordure de l'électrode, par l'intermédiaire de l'adhésif. Des découpes sont ensuite réalisées dans le renfort pour former les arrivées de gaz et de liquide. En pratique, on rapporte deux renforts. Deux films polymères viennent ainsi prendre en sandwich la bordure de la membrane. Chacun des films 25 comporte de l'adhésif sensible à la pression. L'adhésif de chaque film est mis en contact avec l'adhésif de l'autre film, avec une face de la bordure de la membrane, et avec la bordure d'une électrode. Des couches de diffusion gazeuse sont ensuite placées en contact avec la partie découverte des électrodes. Une opération de pressage à chaud est 30 fréquemment réalisée pour favoriser le contact entre une couche de diffusion gazeuse et son électrode. La périphérie de chaque couche de diffusion gazeuse recouvre au moins une partie d'un renfort respectif, afin de limiter le cisaillement direct de la membrane. Pour plusieurs raisons, la bordure de la membrane ne s'étend pas jusqu'à 35 la bordure des renforts externes. En effet, on peut ainsi utiliser une membrane de surface plus réduite afin de réduire son coût sans affecter son efficacité. On limite en outre les risques de pollution de la zone active de la membrane par du liquide de refroidissement par capillarité depuis les ouvertures ménagées dans le renfort. Le liquide de refroidissement est fréquemment un mélange d'eau et 40 de glycol. ICG10795 FR Depot Texte.doc L'adhésif des films de renfort sert alors non seulement à garantir la fixation de ces films mais également à assurer l'étanchéité entre les ouvertures de refroidissement et la bordure de la membrane, et à assurer l'étanchéité au gaz traversant les couches diffusion gazeuses.

Il existe un besoin pour un adhésif répondant aux exigences suivantes : -après application puis séchage de l'adhésif sur un renfort, l'adhésif ne doit pas être poisseux ou collant pour permettre une superposition et un ajustement de l'assemblage membrane/électrode et de l'autre renfort durant la fabrication ; -l'adhésif doit être réactivé lors d'un pressage à chaud pour assurer une liaison satisfaisante avec l'assemblage membrane/électrode et avec le renfort disposé en vis-à-vis ; -l'adhésif doit permettre une étanchéité satisfaisante au gaz et à l'eau, pour empêcher les fuites de gaz vers l'extérieur et la perméation de liquide de 15 refroidissement vers la membrane ou vers l'extérieur ; -l'adhésif ne doit pas contaminer la membrane. Aucun adhésif n'a jusqu'alors été identifié pour répondre à l'ensemble de ces exigences. L'invention porte ainsi sur une cellule de pile à combustible, comprenant : 20 -une membrane échangeuse de protons ; -des premier et deuxième renforts comportant chacun une partie de recouvrement et une partie d'extension, la partie de recouvrement se superposant à la périphérie de la membrane échangeuse de protons et comportant une ouverture médiane, la partie d'extension s'étendant 25 latéralement au-delà de la membrane échangeuse de protons, la périphérie de la membrane échangeuse de protons étant disposée entre les parties de recouvrement respectives desdits premier et deuxième renforts, un conduit d'écoulement étant ménagé à travers les parties d'extension des premier et deuxième renforts ; 30 -un élément adhésif solidarisant la partie de recouvrement de chacun desdits renforts à ladite membrane échangeuse de protons et solidarisant la partie d'extension du premier renfort à la partie d'extension du deuxième renfort, cet élément adhésif incluant : -du méthyle cellulose entre 1% et 4,9% en poids de l'extrait sec de 35 l'élément adhésif, et -un latex de type acrylique, de type styrène butadiène ou de type caoutchouc acrylonitrile-butadiène, entre 16% et 98,99% en poids de l'extrait sec de l'élément adhésif. Selon une variante, l'élément adhésif inclut : 40 -du méthyle cellulose entre 1,5% et 4% en poids de l'extrait sec de l'élément adhésif, et ICG10795 FR Depot Texte.doc -un latex de type acrylique, de type styrène butadiène ou de type caoutchouc acrylonitrile-butadiène, entre 30 et 70 % en poids de l'extrait sec de l'élément adhésif. Selon encore une variante, l'élément adhésif inclut du pigment entre 10 5 et 30% en poids de son extrait sec. Selon une autre variante, l'élément adhésif s'étend en continu entre ledit conduit d'écoulement et la membrane échangeuse de protons. Selon encore une autre variante, lesdits renforts incluent une couche en polymère en contact avec l'élément adhésif. 10 Selon une variante, la cellule comprend en outre : -des première et deuxième électrodes fixées de part et d'autre de la membrane échangeuse de protons et disposées à l'aplomb des ouvertures médianes respectives des premier et deuxième renforts ; -des première et deuxième couches de diffusion gazeuse en contact 15 respectivement avec les première et deuxième électrodes ; -des première et deuxième feuilles métalliques entre lesquelles lesdites électrodes, lesdites couches de diffusion gazeuse, lesdits renforts et ladite membrane sont logés. L'invention concerne en outre un procédé de fabrication d'une cellule de 20 pile à combustible comprenant les étapes de : -fourniture de premier et deuxième renforts sur la périphérie desquels un élément adhésif est fixé, cet élément adhésif incluant : -du méthyle cellulose entre 1% et 4,9% en poids de l'extrait sec de l'élément adhésif, et 25 -un latex de type acrylique, de type styrène butadiène ou de type caoutchouc acrylonitrile-butadiène entre 16% et 98,99% en poids de l'extrait sec de l'élément adhésif ; -placement de la périphérie d'une membrane échangeuse de protons en contact avec l'élément adhésif du premier renfort et en contact avec 30 l'élément adhésif du deuxième renfort, de sorte que les premier et deuxième renforts s'étendent latéralement au-delà de la membrane échangeuse de protons ; -solidarisation desdits éléments adhésifs à ladite membrane échangeuse de protons par un procédé de pressage à chaud ; 35 -formation d'un orifice traversant lesdits premier et deuxième renforts dans les parties s'étendant latéralement au-delà de la membrane échangeuse de protons. Selon une variante, lesdits éléments adhésifs incluent : -du méthyle cellulose entre 1,5% et 4% en poids de leur extrait sec, et 40 -un latex de type acrylique, de type styrène butadiène ou de type caoutchouc acrylonitrile-butadiène entre 30% et 70% en poids de leur extrait sec. ICG10795 FR Depot Texte.doc Selon encore une variante, le procédé comprend en outre les étapes préalables de : -application d'une solution adhésive sur les premier et deuxième renforts incluant -entre 0,37% et 0,83% en poids d'extrait sec de méthyle cellulose, et -entre 16% et 36% en poids d'extrait sec d'un latex de type acrylique, de type styrène butadiène ou de type caoutchouc acrylonitrile-butadiène ; -évaporation du solvant inclus dans la solution adhésive de façon à obtenir lesdits éléments adhésifs.

Selon une autre variante, lesdits éléments adhésifs s'étendent en continu entre l'orifice et la membrane échangeuse de protons. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement 15 limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : -la figure 1 est une représentation schématique en perspective d'un empilement de cellules dans une pile à combustible ; -la figure 2 est une vue en coupe schématique d'une cellule de pile à combustible ; 20 -les figures 3 à 8 illustrent différentes étapes d'un exemple de procédé de fabrication d'une cellule de pile à combustible selon l'invention. La figure 1 est une vue en perspective éclatée schématique d'un empilement de cellules 1 d'une pile à combustible 2. La pile à combustible 2 25 comprend plusieurs cellules 1 superposées. Les cellules 1 sont du type à membrane échangeuse de protons ou membrane à électrolyte polymère. La pile à combustible 2 comprend une source de carburant 120 alimentant en dihydrogène une entrée de chaque cellule 1. La pile à combustible 1 comprend également une source d'air 122 alimentant une entrée 30 de chaque cellule en air, contenant de l'oxygène utilisé comme oxydant. Chaque cellule 1 comprend également des canaux d'échappement non illustrés. Chaque cellule 1 peut également présenter un circuit de refroidissement (illustré à la figure 2). Chaque cellule 1 comprend un assemblage membrane/électrodes 110. 35 La pile à combustible 2 illustrée comprend notamment des assemblages membrane/électrodes ou AME 110. Un assemblage membrane/électrodes 110 comprend un électrolyte 113, une cathode (non illustrée à la figure 1) et une anode 111 placées de part et d'autre de l'électrolyte et fixées sur cet électrolyte 113. 40 Entre chaque couple d'AME adjacents, un couple de guides d'écoulement est disposé. Les guides d'écoulement de chaque couple sont solidaires pour ICG10795 FR Depot Texte.doc former une plaque bipolaire 103. Chaque guide d'écoulement est par exemple formé d'une feuille métallique, usuellement en acier inoxydable. Une plaque bipolaire 103 comprend ainsi une feuille métallique 102 orientée vers une cathode d'une AME 110 et une feuille métallique 101 orientée vers une anode d'une autre AME 110. Les feuilles métalliques 101 et 102 comportent des surfaces en relief définissant des canaux d'écoulement. Les feuilles métalliques 101 et 102 sont solidarisées par des soudures 104. La figure 2 est une vue en coupe schématique d'un exemple de cellule 1 illustrée à la figure 1. La couche d'électrolyte 113 forme une membrane semi-perméable permettant une conduction protonique tout en étant imperméable aux gaz présents dans la cellule. La membrane 113 empêche également un passage des électrons entre l'anode 111 et la cathode 112. La cellule 1 comporte en outre des renforts 131 et 132 disposés à la périphérie respectivement de l'anode 111 et de la cathode 112. Les renforts 131 et 132 se superposent à la périphérie des électrodes avec un débordement sur la membrane 113, afin de limiter le phénomène de perméation de gaz à l'origine d'une détérioration de l'assemblage membrane/électrodes. Les renforts 131 et 132 sont typiquement formés à partir de films polymères et renforcent l'assemblage membrane/électrodes au niveau des arrivées de gaz et de liquide de refroidissement. Un conduit 124 d'écoulement de liquide de refroidissement est notamment ménagé à travers les renforts 131 et 132 et à travers les feuilles métalliques 101 et 102. Le conduit 124 est ménagé latéralement par rapport à l'AME. Le conduit 124 ne traverse ainsi pas l'AME. Les renforts 131 et 132 facilitent également la manipulation de l'assemblage membrane/électrodes pour éviter sa détérioration. Les renforts 131 et 132 limitent également les variations dimensionnelles de la membrane 113 en fonction de la température et de l'humidité. Chaque cellule présente une couche de diffusion de gaz 21 disposée 30 entre l'anode 111 et la feuille métallique 101. Chaque cellule présente par ailleurs une couche de diffusion de gaz 22 disposée entre la cathode 112 et la feuille métallique 102. De façon connue en soi, durant le fonctionnement de la pile à combustible 1, de l'air s'écoule entre l'AME et la feuille métallique 102, et du 35 dihydrogène s'écoule entre l'AME et la feuille métallique 101. Au niveau de l'anode 111, le dihydrogène est ionisé pour produire des protons qui traversent l'AME. Les électrons produits par cette réaction sont collectés par la feuille métallique 102. Les électrons produits sont ensuite appliqués sur une charge électrique connectée à la pile à combustible 2 pour former un courant électrique. 40 Au niveau de la cathode 112, de l'oxygène est réduit et réagit avec les protons ICG10795 FR Depot Texte.doc pour former de l'eau. Les réactions au niveau de l'anode et de la cathode sont régies comme suit : ! 11+ --)e- au niveau de l'anode ; 1H+ + I( .+ 211,0 au niveau de la cathode. Durant son fonctionnement, une cellule de la pile à combustible génère usuellement une tension continue entre l'anode et la cathode de l'ordre de 1V. Le matériau catalyseur utilisé à l'anode ou à la cathode est avantageusement du platine, pour ses excellentes performances catalytiques.

Chaque renfort 131 et 132 comporte ici un film adhésif sur une de ses faces. Les films adhésifs (représentés ici confondus pour leur partie en contact) forment un élément adhésif 140 et sont utilisés : -pour fixer ensemble les renforts 131 et 132 ; -pour fixer les renforts 131 et 132 à la membrane 113 ; -pour fixer les renforts 131 et 132 aux électrodes 111 et 112 respectivement ; -pour garantir l'absence de contact entre la membrane et le liquide de refroidissement traversant le conduit 124 ; -éviter les fuites vers l'extérieur du gaz traversant les couches de diffusion gazeuses. Les films adhésifs sont ici sensibles à la pression, de sorte que les fonctions de fixation détaillées ci-dessus puissent être obtenues lors d'une même étape de pressage à chaud des renforts 131 et 132 sur l'AME. Les films adhésifs sont avantageusement en contact avec une couche polymère de leur renfort respectif. Selon l'invention, les films adhésifs formant l'élément adhésif 140 sont formés à partir d'une solution ayant une composition spécifique. Cette 30 composition présente un mélange des composants suivants: -une solution de méthyle cellulose à une proportion comprise entre 0,92% et 1,38% en extrait sec, cette solution formant entre 40 et 60 % en poids de la solution d'adhésif; -un solution incluant du latex de type acrylique, de type styrène butadiène 35 ou de type caoutchouc acrylonitrile-butadiène à une proportion comprise entre 40 % et 60 % en extrait sec, cette solution formant entre 30 et 60 % en poids de la solution d'adhésif. Une telle solution d'adhésif peut ainsi présenter : -entre 0,37% et 0,83% en poids d'extrait sec de méthyle cellulose ; 40 -entre 16% et 36% en poids d'extrait sec d'un desdits latex. ICG10795 FR Depot Texte.doc Après évaporation des solvants de la solution d'adhésif, on obtient un film adhésif présentant la composition suivante : -entre 1% et 4,9% en poids de méthyl cellulose ; -entre 16% et 98,99% en poids d'un desdits latex.

Avec une telle composition des films adhésifs, on obtient les propriétés suivantes : -après application puis séchage de l'adhésif (évaporation des solvants de l'adhésif) sur un renfort 131 ou 132, l'adhésif n'est pas poisseux et permet une 10 superposition et un ajustement aisés de l'assemblage membrane/électrode et de l'autre renfort durant la fabrication ; -l'adhésif peut être réactivé lors d'un pressage à chaud pour assurer une liaison satisfaisante avec l'assemblage membrane/électrode et avec le renfort disposé en vis-à-vis ; 15 -l'adhésif forme un joint périphérique autour de la membrane et permet une étanchéité satisfaisante au gaz et à l'eau, pour empêcher les fuites de gaz vers l'extérieur et la perméation de liquide de refroidissement vers la membrane 113 ou l'extérieur.

20 En pratique, le meilleur compromis a été obtenu avec la composition suivante de solution d'adhésif: -50% en poids d'une solution de méthyle cellulose à une proportion de 1,15 % en extrait sec ; -50% en poids d'une solution de latex de caoutchouc acrylonitrile-25 butadiène à une proportion de 50 % en extrait sec. Une telle composition permet au latex de caoutchouc acrylonitrile-butadiène d'assurer un excellent collage lors du pressage à chaud, et à la méthyle cellulose d'éviter un effet poisseux du film d'adhésif après séchage, durant l'assemblage de la cellule 1.

30 Avantageusement, on peut utiliser d'autres compositions d'adhésif pour obtenir en outre des propriétés d'identification de la cellule. À cet effet, on peut inclure des pigments ou des colorants visuellement identifiables, dans la composition de l'adhésif. De tels pigments ou colorants permettent d'identifier la 35 provenance de la cellule 1 lors de son démontage. De tels pigments ou colorants sont avantageusement inclus dans la solution de l'adhésif dans une proportion comprise entre 5 et 20 % (et avantageusement de 10 %) de l'extrait humide de cette solution d'adhésif, et entre 10 et 30 % en poids de l'extrait sec de cette solution d'adhésif. En présence de tels pigments ou colorants, la 40 proportion en poids de la solution de latex dans la solution de l'adhésif est avantageusement comprise entre 30 et 50%. Une telle composition peut être ICG10795 FR Depot Texte.doc utilisée pour former tout ou partie des films adhésifs, par exemple pour former des marquages de signes alphanumériques ou de dessins. Avantageusement, on peut former des couches d'adhésif avec une première composition décrite précédemment et dépourvue de pigment additionnel, puis appliquer des motifs sur ces couches d'adhésif avec une deuxième composition décrite précédemment et comportant du pigment additionnel. En pratique, le procédé de fixation des renforts sur l'AME peut être le suivant. On récupère un premier renfort 132 comportant une ouverture médiane 32 comme illustré à la figure 3. On récupère une solution d'adhésif telle que décrite précédemment et on applique une couche 141 de cette solution autour de cette ouverture médiane 32, comme illustré à la figure 4. On peut réaliser une application d'une couche 141 uniforme de cette solution d'adhésif. On réalise ensuite une étape d'évaporation du solvant jusqu'à obtenir un film d'adhésif sur le premier renfort, non poisseux à température ambiante. On rapporte ensuite une AME et on vient placer l'ouverture 32 du premier renfort à l'aplomb d'une électrode 112 de l'AME. Cette étape est avantageusement effectuée à température ambiante (typiquement entre 15 et 25°C) pour conserver un état non poisseux du film d'adhésif. Le premier renfort 132 recouvre la périphérie de cette électrode et de la membrane 111 de l'AME. Le film adhésif 141 du premier renfort 132 est en contact avec la périphérie de la membrane et de cette électrode de l'AME. On récupère un second renfort 131 comportant une ouverture médiane 31. On récupère la solution d'adhésif telle que décrite précédemment et on applique une couche de cette solution autour de cette ouverture médiane. On réalise ensuite une étape d'évaporation du solvant jusqu'à obtenir un film d'adhésif sur le second renfort 131, non poisseux à température ambiante. On vient placer l'ouverture 31 du deuxième renfort 131 à l'aplomb de l'autre électrode 111 de l'AME. Cette étape est avantageusement effectuée à 30 température ambiante (typiquement entre 15 et 25°C) pour conserver un état non poisseux des films d'adhésif des renforts 131 et 132. Le deuxième renfort 131 recouvre la périphérie de cette autre électrode 111 et de la membrane 113, comme illustré à la figure 6. Le film adhésif 142 du deuxième renfort est en contact avec la périphérie de la membrane et de cette autre électrode de l'AME.

35 Le film adhésif 142 du deuxième renfort vient également en contact soit directement avec le premier renfort 132, soit avec le film adhésif 141 de ce premier renfort. Les renforts 131, 132 et les films d'adhésif 141 et 142 viennent ainsi prendre en sandwich la bordure de la membrane 113. Les renforts 131 et 132 se superposent à leur périphérie. Chacun des renforts 131 et 132 comporte 40 ainsi une partie d'extension s'étendant latéralement par rapport à la périphérie de la membrane 113, et une partie de recouvrement se superposant à la ICG10795 FR Depot Texte.doc membrane 113. Comme illustré à la figure 6, le renfort 132 comporte ainsi une partie de recouvrement 34 délimitée sur la section par la partie entre les traits discontinus, et une partie d'extension 36 à l'extérieur des traits discontinus. Un pressage à chaud est ensuite réalisé pour solidariser les renforts 131 5 et 132 l'un à l'autre, pour solidariser les renforts 131 et 132 à la membrane 113, pour solidariser les renforts 131 et 132 à la bordure des électrodes 111 et 112, par l'intermédiaire des films adhésifs. Un élément adhésif 140 d'un seul tenant est ainsi formé comme illustré à la figure 7. Le pressage à chaud est par exemple effectué à une température au moins égale à 120°C. Des découpes 40 10 peuvent ensuite être réalisées à travers les renforts 131 et 132 pour former les arrivées de gaz et de liquide et un conduit d'écoulement, comme illustré à la figure 8. Des couches de diffusion de gaz 21 et 22 sont ensuite rapportées contre les électrodes 111 et 112 respectivement. L'ensemble formé est ensuite disposé 15 entre des feuilles métalliques 101 et 102. Ces feuilles métalliques 101 et 102 présentent des ouvertures traversantes venant à l'aplomb des découpes 40 formées dans les renforts 131 et 132, de façon à former le conduit d'écoulement 124. On obtient ainsi la cellule 1 illustrée à la figure 2.

20 Les renforts 131 et 132 utilisés présentent avantageusement les propriétés suivantes : -une température de transition vitreuse au moins égale à 120°, de préférence au moins égale à 140°C, et avantageusement au moins égale à 160°C ; 25 -une épaisseur comprise entre 20 et 75pm ; -une rugosité inférieure à 5pm, de préférence inférieure à 111m. ICG10795 FR Depot Texte.doc

Claims

REVENDICATIONS1. Cellule de pile à combustible (1), caractérisée en ce qu'elle comprend : -une membrane échangeuse de protons (113) ; -des premier et deuxième renforts (131, 132) comportant chacun une partie de recouvrement et une partie d'extension, la partie de recouvrement se superposant à la périphérie de la membrane échangeuse de protons et comportant une ouverture médiane, la partie d'extension s'étendant latéralement au-delà de la membrane échangeuse de protons, la périphérie de la membrane échangeuse de protons (113) étant disposée entre les parties de recouvrement respectives desdits premier et deuxième renforts, un conduit d'écoulement (124) étant ménagé à travers les parties d'extension des premier et deuxième renforts ; -un élément adhésif (140) solidarisant la partie de recouvrement de chacun desdits renforts à ladite membrane échangeuse de protons et solidarisant la partie d'extension du premier renfort à la partie d'extension du deuxième renfort, cet élément adhésif incluant : -du méthyle cellulose entre 1% et 4,9% en poids de l'extrait sec de l'élément adhésif, et -un latex de type acrylique, de type styrène butadiène ou de type caoutchouc acrylonitrile-butadiène, entre 16% et 98,99% en poids de l'extrait sec de l'élément adhésif.
2. Cellule de pile à combustible (1) selon la revendication 1, dans laquelle l'élément adhésif (140) inclut : -du méthyle cellulose entre 1,5% et 4% en poids de l'extrait sec de l'élément adhésif, et -un latex de type acrylique, de type styrène butadiène ou de type caoutchouc acrylonitrile-butadiène, entre 30 et 70 % en poids de l'extrait sec de l'élément adhésif.
3. Cellule de pile à combustible (1) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle l'élément adhésif (140) inclut du pigment entre 10 et 30% en poids de son extrait sec.
4. Cellule de pile à combustible (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'élément adhésif (140) s'étend en continu entre ledit conduit d'écoulement (124) et la membrane échangeuse de protons (113). ICG10795 FR Depot Texte.doc
5. Cellule de pile à combustible (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle lesdits renforts (131, 132) incluent une couche en polymère en contact avec l'élément adhésif.
6. Cellule de pile à combustible (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre : -des première et deuxième électrodes (112, 111) fixées de part et d'autre de la membrane échangeuse de protons et disposées à l'aplomb des ouvertures médianes (32, 31) respectives des premier et deuxième renforts ; -des première et deuxième couches de diffusion gazeuse (22, 21) en contact respectivement avec les première et deuxième électrodes ; -des première et deuxième feuilles métalliques (102, 101) entre lesquelles lesdites électrodes, lesdites couches de diffusion gazeuse, lesdits renforts et ladite membrane sont logés.
7. Procédé de fabrication d'une cellule de pile à combustible (1) comprenant les étapes de : -fourniture de premier et deuxième renforts (132, 131) sur la périphérie desquels un élément adhésif (140) est fixé, cet élément adhésif incluant : -du méthyle cellulose entre 1% et 4,9% en poids de l'extrait sec de l'élément adhésif, et -un latex de type acrylique, de type styrène butadiène ou de type caoutchouc acrylonitrile-butadiène entre 16% et 98,99% en poids de l'extrait sec de l'élément adhésif ; -placement de la périphérie d'une membrane échangeuse de protons (113) en contact avec l'élément adhésif du premier renfort (132) et en contact avec l'élément adhésif du deuxième renfort (131), de sorte que les premier et deuxième renforts s'étendent latéralement au-delà de la membrane échangeuse de protons ; -solidarisation desdits éléments adhésifs à ladite membrane échangeuse de protons (113) par un procédé de pressage à chaud ; -formation d'un orifice (40) traversant lesdits premier et deuxième renforts (132,131) dans les parties s'étendant latéralement au-delà de la membrane échangeuse de protons.
8. Procédé de fabrication d'une cellule de pile à combustible (1) selon la revendication 7, dans lequel lesdits éléments adhésifs (140) incluent : -du méthyle cellulose entre 1,5% et 4% en poids de leur extrait sec, et -un latex de type acrylique, de type styrène butadiène ou de type caoutchouc acrylonitrile-butadiène entre 30% et 70% en poids de leur extrait sec. ICG10795 FR Depot Texte.doc
9. Procédé de fabrication d'une cellule de pile à combustible (1) selon la revendication 7 ou 8, comprenant en outre les étapes préalables de : -application d'une solution adhésive sur les premier et deuxième renforts (132, 131) incluant : -entre 0,37% et 0,83% en poids d'extrait sec de méthyle cellulose, et -entre 16% et 36% en poids d'extrait sec d'un latex de type acrylique, de type styrène butadiène ou de type caoutchouc acrylonitrile-butadiène ; -évaporation du solvant inclus dans la solution adhésive de façon à obtenir lesdits éléments adhésifs. 10
10. Procédé de fabrication d'une cellule de pile à combustible (1) selon la revendication 9, dans lequel lesdits éléments adhésifs (140) s'étendent en continu entre l'orifice (40) et la membrane échangeuse de protons (113). ICG10795 FR Depot Texte.doc