FR3019685A1 - Plaque d'ecoulement metallique pour pile a combustible, et son procede de preparation - Google Patents

Abstract

Cette plaque métallique pour pile à combustible présente deux faces principales, l'une desdites faces comprenant au moins un canal. La face comprenant un canal comprend un revêtement hydrophobe uniquement à l'intérieur du canal et un revêtement polymérique électroniquement conducteur uniquement à l'extérieur du canal. La plaque métallique comprend sur la face munie du canal une couche de diffusion gazeuse solidaire de la plaque métallique, une partie de l'épaisseur de la couche de diffusion gazeuse recouvrant au moins une partie de l'épaisseur du revêtement polymère électroniquement conducteur.

Description

PLAQUE D'ÉCOULEMENT MÉTALLIQUE POUR PILE A COMBUSTIBLE, ET SON PROCÉDÉ DE PRÉPARATION DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne une plaque d'écoulement métallique pour pile à combustible. Cette plaque intègre au moins une couche de diffusion gazeuse (GDL). Le domaine d'utilisation de la présente invention concerne notamment la production d'énergie électrique à partir d'une pile à combustible dotée d'une telle plaque métallique. Ce type de pile peut être envisagé comme source d'énergie pour des véhicules automobiles par exemple. ETAT ANTÉRIEUR DE LA TECHNIQUE Une pile à combustible est un dispositif électrochimique qui convertit de l'énergie chimique directement en énergie électrique. Elle comprend au moins une cellule électrochimique qui génère une tension.

L'empilement en série (« stack ») d'une pluralité de cellules permet de générer une tension d'alimentation d'un niveau plus élevé, par exemple de l'ordre d'une centaine de volts. Une cellule électrochimique d'une pile à combustible à membrane échangeuse de protons ou PEMFC (de l'acronyme anglo-saxon « Proton Exchange Membrane Fuel Cell ») comprend un assemblage membrane-électrodes ou AMIE (coeur de pile). L'AME est constitué d'une membrane électrolytique permettant le passage sélectif des protons et, de part et d'autre de cette membrane, l'anode et la cathode. La membrane permet ainsi la séparation des compartiments cathodique et anodique de la cellule.

La membrane d'une PEMFC est généralement constituée d'un ionomère perfluorosulfoné (PF SA), tel que le Nafion®. De manière générale, les électrodes, également appelées couches catalytiques ou actives, contiennent un catalyseur, et éventuellement un ionomère, en général le même que celui constituant la membrane.

Comme déjà indiqué, ces couches catalytiques sont généralement disposées de part et d'autre de la membrane. Elles peuvent être constituées de nano-particules de platine supportées sur des agrégats, de carbone par exemple.

Les réactions mises en oeuvre dans une PEMFC alimentée en hydrogène et oxygène sont les suivantes : - à l'anode, la décomposition de l'hydrogène adsorbé sur le catalyseur produit des protons H+ et des électrons : H2 2 H+ + 2e- - à la cathode, les protons réagissent avec l'oxygène pour former de l'eau et de la production de chaleur : 02 + 4 H+ + 4e- 2 H2O Comme déjà indiqué, les protons H+ générés à l'anode traversent la membrane vers la cathode. En revanche, les électrons produits migrent vers une plaque d'écoulement, puis traversent un circuit électrique externe à la cellule pour former un courant électrique. Les gaz (H2, 02) circulent généralement dans des couches de diffusion gazeuse ou GDL (de l'acronyme anglo-saxon « Gaz Diffusion Layer»). Typiquement, les GDL sont interposées entre les électrodes et les plaques d'écoulement.

Ainsi, la GDL peut assurer la conduction électrique, l'arrivée homogène des gaz réactifs mais aussi l'évacuation de l'eau produite à la cathode. Dans un empilement de cellules électrochimiques, une GDL est en contact avec une plaque d'écoulement (ou plaque séparatrice) qui relie électriquement deux cellules adjacentes. Typiquement, une plaque d'écoulement assure plusieurs fonctions : - transport des électrons et connexion électrique entre les différentes cellules individuelles, ce qui nécessite une résistance de contact faible et une conductivité élevée, - support à la distribution des gaz combustible (H2) et oxydant (02), - séparation étanche entre l'anode et la cathode, - évacuation vers l'extérieur de la cellule électrochimique, de l'eau liquide formée à la cathode, - régulation thermique des cellules par le passage en leur sein d'un liquide de refroidissement, - support mécanique pour assurer la tenue de la cellule.

En fonction du matériau constitutif des plaques d'écoulement, les performances d'une pile PEMIC peuvent être dégradées selon plusieurs phénomènes qui sont illustrés par la figure 1 et détaillés ci-après.

Les matériaux adaptés à ces plaques d'écoulement métalliques répondent généralement aux exigences suivantes : - performances électriques : les pertes par effet Joule devant être minimisées, le matériau utilisé est un bon conducteur électrique (au moins 100 S/cm). La résistance de contact entre la plaque d'écoulement et la GDL est généralement faible et peu évolutive. Elle est généralement inférieure à 50 ma cm2 ; - résistance chimique suffisante, à l'eau, à l'oxygène, à l'hydrogène, aux diverses espèces chimiques pouvant être libérées par la membrane utilisée comme électrolyte et compatibilité chimique ; - la séparation et la conception globale imposent d'employer un matériau étanche aux liquides et aux gaz. Sa perméabilité au gaz est typiquement comprise entre 2.10-6 et 10-4 cm3. C111-2. S-1 ; - la compatibilité avec des procédés de mise en forme économiques pour une production à grande échelle : emboutissage par exemple.

Cependant, le principal problème lié à l'utilisation d'une plaque d'écoulement métallique concerne le risque de corrosion. En effet, si la tenue à la corrosion est insuffisante, les cations métalliques peuvent empoisonner les autres composants de la pile à combustible. Si la tenue à la corrosion est trop élevée, une couche d'oxyde peut se former sur la plaque d'écoulement, entrainant ainsi une augmentation des résistances de contact. Dans les deux cas, la plaque d'écoulement ne pourrait pas être utilisée dans une pile à combustible en raison de ces pertes de performance. Il est donc important d'utiliser une plaque d'écoulement en un matériau offrant un compromis entre la tenue à la corrosion et la conduction électrique.

Pour limiter les effets liés à la corrosion des alliages métalliques, les plaques d'écoulement métalliques peuvent être recouvertes d'un dépôt permettant : - une conductivité électrique satisfaisante et stable dans le milieu considéré entre les plaques bipolaires et l'AME ; - une stabilité chimique convenable (résistance à la corrosion) ; une compatibilité avec le substrat (coefficients de dilatation thermique, et potentiels électrochimiques respectifs) et avec les autres matériaux de la pile (inertie chimique).

L'art antérieur comprend principalement trois types de dépôt sur des plaques métalliques, à savoir le dépôt d'une couche de métal précieux, le dépôt de nitrures et polymères conducteurs, et le dépôt carboné. Ces dépôts sont réalisés de façon homogène sur toute la plaque sans discrimination en ce qui concerne sa structure, c'est-à-dire qu'elle soit plane ou qu'elle comprenne des dents ou des canaux. Quand bien même, l'art antérieur comprend divers types de plaques d'écoulement et de GDL, la résistance électrique est relativement importante et induit des pertes. La seule solution de l'art antérieur qui résout ce problème technique consiste à déposer un revêtement en métal précieux (or) sur la surface de la plaque d'écoulement. Or, il n'est pas envisageable de produire ce type de plaque à l'échelle industrielle en raison de son coût.

Le Demandeur a mis au point une plaque d'écoulement dépourvue de revêtement en métal précieux tel que l'or. Cette plaque permet notamment de diminuer la résistance de contact électrique entre celle-ci et la couche de diffusion gazeuse. La plaque d'écoulement métallique selon l'invention présente les propriétés physico- chimiques adéquates pour une utilisation dans une pile à combustible et notamment une PEMIC, et ce sans engendrer des coûts de production comparables aux plaques de l'art antérieur comprenant des dépôts de métaux précieux. EXPOSE DE L'INVENTION La présente invention concerne une plaque d'écoulement métallique intégrant une couche de diffusion gazeuse, ainsi que son utilisation dans une PEMIC (pile à combustible à membrane échangeuse de protons) et plus particulièrement une PEMIC comprenant un empilement en série (« stack ») de cellules élémentaires. 35 La présente invention concerne les modes de réalisation décrits ci-après et toute combinaison de ceux-ci.

La plaque d'écoulement selon l'invention est associée à la GDL (couche de diffusion gazeuse) au moyen d'une couche résine (liant). La solidarisation de la plaque d'écoulement et de la GDL, ainsi que la nature du liant permettent de réduire la résistance électronique entre elles, par rapport aux dispositifs de plaques/GDL de l'art antérieur. La plaque d'écoulement selon l'invention peut également être associée à une GDE (électrode à diffusion gazeuse, de l'acronyme anglo-saxon « Gaz Diffusion Electrode»), c'est-à-dire une GDL comprenant une couche active (dépôt d'un catalyseur par exemple). Cependant, selon ce mode de réalisation particulier, la plaque métallique est en contact uniquement avec la GDL. Plus précisément, l'objet de la présente invention concerne une plaque métallique pour pile à combustible présentant deux faces principales F 1 et F2, la face F 1 comprenant au moins un canal, et dans laquelle : - la face F1 comprend un revêtement hydrophobe uniquement à l'intérieur du canal, et un revêtement polymérique électroniquement conducteur uniquement à l'extérieur du canal ; - la plaque métallique comprend sur la face F1 une couche de diffusion gazeuse solidaire de la plaque métallique, une partie de l'épaisseur de la couche de diffusion gazeuse recouvrant au moins une partie de l'épaisseur du revêtement polymère électroniquement conducteur. Cette plaque métallique est destinée à être utilisée en tant que plaque d'écoulement 25 dans une pile à combustible, notamment une PEMIC. Par canal, on entend une rainure. En d'autres termes, la plaque métallique comporte, au moins sur sa face F 1, au moins un creux, préférentiellement de forme parallélépipédique. Ce canal est avantageusement défini par sa largeur et sa hauteur. 30 De manière avantageuse, la plaque selon la présente invention comprend une pluralité de canaux. La vue en coupe de la plaque peut ainsi présenter un enchainement de dents comme illustré par les figures 2-5. Ce type de structure peut notamment être obtenu par formage d'une plaque (emboutissage, ou hydroformage par exemple). 35 Typiquement, la plaque métallique peut notamment être en un matériau choisi dans le groupe comprenant l'acier inoxydable, le titane et l'aluminium. En outre, la plaque métallique est dépourvue de métal précieux tel que l'or ou de revêtement en métal précieux. De manière avantageuse, l'épaisseur de la plaque est constante. En d'autres termes, les deux faces principales Fl et F2 présentent chacune au moins un canal pouvant résulter d'une opération d'emboutissage par exemple.

De manière avantageuse, le revêtement polymérique électroniquement conducteur comprend un polymère pouvant être choisi dans le groupe comprenant le PEEK (polyétheréthercétone), les polymères de polyuréthane, d'acrylonitrile.

La conductivité électronique de ce revêtement est assurée soit par le polymère utilisé, soit par la présence de particules électroniquement conductrices. Ces particules peuvent notamment être choisies dans le groupe comprenant les particules de métal, et les particules de carbone.

La couche de diffusion gazeuse peut être constituée de fibres de carbone. Par fibres de carbone, on entend également les fibres de graphite. Il peut notamment s'agir d'un tissu de carbone, ou de feutre de carbone. L'épaisseur la couche de diffusion gazeuse est avantageusement comprise entre 5 et 50 micromètres. En outre, lorsqu'elle comprend des fibres, le diamètre de ces fibres peut être de l'ordre de 10 micromètres. Le revêtement hydrophobe comprenant avantageusement un polymère hydrophobe pouvant notamment être choisi dans le groupe comprenant les siloxanes, les polymères styrène acrylique, et le PTFE (polytétrafluoroéthylène). Le revêtement hydrophobe permet une meilleure évacuation de l'eau produite. Son épaisseur peut être comprise entre 1 et 5 micromètres.

Selon un mode de réalisation particulier, le revêtement hydrophobe peut également être électroniquement conducteur.

La présente invention concerne également une plaque métallique bipolaire. Cette plaque bipolaire est destinée à séparer deux cellules élémentaires adjacentes d'une PEMFC comprenant un empilement de cellules élémentaires. La plaque bipolaire est alors en contact électrique avec la cathode d'une cellule et avec l'anode d'une autre cellule adjacente. Selon un mode de réalisation particulier, la plaque bipolaire peut être constituée d'une plaque métallique telle que décrite ci-dessus. Dans ce cas, la face principale F2 présente les mêmes caractéristiques que la face F1, c'est-à-dire au moins un canal, un revêtement hydrophobe partiel, un revêtement polymérique conducteur électronique partiel, et une GDL. Selon un autre mode de réalisation particulier et avantageux, la plaque bipolaire comprend deux places métalliques telles que décrites ci-avant. Dans ce cas, les faces principales F2 respectives des deux plaques métalliques sont au contact l'une de l'autre. Les deux faces F2 peuvent être alors dépourvues de revêtements hydrophobe et/ou électroniquement conducteur.

Lorsque la plaque bipolaire résulte de l'association de deux plaques, les faces F2 de ces plaques présentent avantageusement au moins un canal. Les canaux des deux faces F2 des deux plaques associées permettent ainsi de former un moyen de refroidissement de la pile à combustible (voir la figure 1) L'objet la présente invention concerne en outre une pile à combustible à membrane échangeuse de protons comprenant la plaque métallique et/ou la plaque métallique bipolaire décrites ci-avant. Il peut s'agir d'une PEMFC comprenant une pluralité de cellules élémentaires séparées les unes des autres par la plaque métallique selon la présente invention.

Le procédé de préparation de la plaque métallique pour PEMFC objet de la présente invention, comprend les étapes suivantes : - dépôt d'un revêtement hydrophobe au moins sur la face F1 d'une plaque métallique présentant deux faces principales F 1 et F2, et dont la face F 1 comprend au moins un canal, avantageusement une pluralité de canaux ; - élimination sélective d'une partie du revêtement hydrophobe, uniquement à l'extérieur du canal (ou le cas échéant de la pluralité de canaux) ; dépôt d'une encre de polymère électroniquement conducteur uniquement à l'extérieur du canal (ou le cas échéant de la pluralité de canaux) ; mise en place sur la face F1 de la plaque métallique d'une couche de diffusion gazeuse par imprégnation de la couche de diffusion gazeuse au sein du dépôt de l'encre de polymère électroniquement conducteur ; association de la plaque métallique et de la couche de diffusion gazeuse. Le dépôt du revêtement hydrophobe est avantageusement réalisé uniquement sur la face Fl de la plaque métallique.

Optionnellement, la plaque métallique peut être soumise à un traitement chimique ou mécanique préalablement au dépôt du revêtement hydrophobe. Ces traitements peuvent être par exemple une attaque chimique, une attaque mécanique (sablage, ou billage par exemple), un décapage/activation ionique plasma. Le dépôt du revêtement hydrophobe est avantageusement réalisé par les techniques conventionnelles faisant partie des connaissances générales de l'homme du métier.

Il est avantageusement réalisé par pulvérisation d'une encre comprenant un polymère hydrophobe. L'élimination sélective d'une partie du revêtement hydrophobe peut être avantageusement réalisée par raclage ou polissage.

Le raclage est avantageusement réalisé avant le séchage du revêtement hydrophobe ou l'éventuelle réticulation du polymère hydrophobe contenu dans celui-ci. Le polissage est avantageusement réalisé mécaniquement, notamment avec du papier abrasif tel que le papier SiC 4000, et préférentiellement après séchage du revêtement hydrophobe. En outre, l'association de la plaque métallique et de la couche de diffusion gazeuse peut être avantageusement réalisée par séchage de l' encre de polymère électroniquement conducteur et/ou par réticulation du polymère électroniquement conducteur. Le séchage est particulièrement adapté aux encres comprenant des solvants volatils.

De manière avantageuse, le dépôt sélectif de polymère électroniquement conducteur est réalisé par sérigraphie ou par la technique par rouleau. L'encre mis en oeuvre présente une viscosité encre avantageusement supérieure à 10 000 poises. En outre, l'épaisseur du dépôt est généralement comprise entre 5 et 50 micromètres. La mise en place de la GDL est avantageusement réalisée par compression de la GDL sur la plaque métallique. Cette opération peut être mise en oeuvre avec une pression de compression pouvant être comprise entre 0.5 et 3 MPa, avantageusement entre 0.5 et 1 MPa. L'association/imprégnation de la GDL au sein de la couche polymérique peut être réalisée par imprégnation sur 5-20% épaisseur de l'épaisseur de la GDL.

Ainsi, et comme déjà indiqué, une partie de l'épaisseur de la couche de diffusion gazeuse recouvre au moins une partie de l'épaisseur du revêtement polymère électroniquement conducteur.

La présente invention concerne également l'utilisation d'une plaque métallique telle que décrite ci-avant dans une pile à combustible, mais aussi la pile à combustible et notamment une PEMFC, comprenant au moins une plaque métallique telle que décrite ci-avant.

L'invention et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des figures et exemples suivants donnés afin d'illustrer l'invention et non de manière limitative. DESCRIPTION DES FIGURES La figure 1 illustre une pile à combustible comprenant une plaque bipolaire conventionnelle. La figure 2a illustre une plaque métallique présentant une surface structurée. La figure 2b est un agrandissement de la figure 2a. La figure 3a illustre la première étape du procédé objet de la présente invention, le dépôt d'une encre hydrophobe sur une plaque métallique. La figure 3b est un agrandissement de la figure 3a.

La figure 4a illustre la deuxième étape du procédé objet de la présente invention, l'élimination sélective d'une partie de l'encre hydrophobe déposée sur une plaque métallique. La figure 4b est un agrandissement de la figure 4a.

La figure 5a illustre la troisième étape du procédé objet de la présente invention, le dépôt d'une encre polymérique et électroniquement conductrice sur une plaque métallique. La figure 5b est un agrandissement de la figure 5a. La figure 6a illustre la quatrième étape du procédé objet de la présente invention, la 10 mise en place d'une couche de diffusion gazeuse GDL sur une plaque métallique. La figure 6b illustre la cinquième étape du procédé objet de la présente invention, la solidarisation/intégration d'une couche de diffusion gazeuse GDL sur une plaque métallique. Les figures 7a correspond aux graphes de la mesure de résistance électrique en 15 fonction de la contrainte d'écrasement de plaques métallique et GDL selon la présente invention et l'art antérieur. La figure 7b est un agrandissement de la figure 7a. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION 20 La figure 1 représente deux cellules élémentaires adjacentes d'une pile à combustible conventionnelle. Ces deux cellules sont séparées par une plaque métallique bipolaire d' écoulement. 25 Chaque cellule élémentaire comprend une AME, dont les électrodes (9) et (10) sont reliées aux plaques d'écoulement (12), (13), (14), (15). Une membrane (11) sépare les deux électrodes (9) et (10) qui sont de signes opposés. Par souci de clarté, la GDL associée à chaque électrode n'est pas représentée. La GDL 30 assure l'interface entre l'électrode et la plaque d'écoulement. La plaque bipolaire est constituée par l'association des deux plaques d'écoulement (12) et (13) qui peuvent notamment être réalisées en acier inoxydable embouti. Leur association permet la formation de circuits de refroidissement n'entrant pas en contact 35 avec les électrodes et les GDL. En outre, la géométrie des plaques d'écoulement permet également l'écoulement de la vapeur d'eau et de l'eau liquide dans des canaux au niveau des électrodes/GDL (A sur la figure 1).

Les problèmes liés aux plaques d'écoulement de l'art antérieur sont notamment les suivants : augmentation de la conductivité du liquide caloporteur en raison de la pollution par des cations métalliques issus de la plaque d'écoulement lorsque celle-ci est en métal, et, pour les mêmes raisons, augmentation de la résistance de l'électrolyte de la membrane (phénomène B sur la figure 1) ; perforation de la plaque (phénomène C sur la figure 1) ; augmentation de la résistance de contact entre la GDL et la plaque d'écoulement, en raison de la formation d'un film passif isolant (phénomène D sur la figure 1) ; détérioration de la couche catalytique des électrodes en raison de la présence de cations métalliques (phénomène E sur la figure 1). Les figures 2 à 6 représentent les étapes principales du procédé de préparation de la plaque d'écoulement selon la présente invention. Il s'agit d'associer une plaque métallique et une couche de diffusion gazeuse. De manière avantageuse, ladite plaque métallique est préalablement emboutie de manière à former au moins un canal sur au moins l'une de ses deux faces principales, et préférentiellement une pluralité de canaux. Ces canaux ou rainures sont généralement situés sur la face principale de la plaque qui est en contact avec la GDL, c'est-à-dire la face qui est en regard de l'électrode (9) ou (10). La plaque d'écoulement peut également comprendre des canaux sur ses deux faces principales Fl et F2. C'est notamment le cas lorsqu'il s'agit d'une plaque bipolaire. La première étape du procédé objet de l'invention est optionnelle. Elle consiste à 25 traiter chimiquement ou mécaniquement au moins une face principale d'une plaque métallique, avantageusement. Cette plaque (1) comprend des canaux définissant des creux (8) et des pics (7) à la surface de la plaque (figure 2). La figure 3 illustre l'étape consistant à déposer un revêtement hydrophobe (2) sur la 30 face F1 de la plaque métallique. Il peut s'agir d'un dépôt hydrophobe dont l'épaisseur peut être comprise entre 1 et 5 micromètres. Ce dépôt n'est pas nécessairement conducteur électrique. De manière avantageuse, le dépôt est réalisé sur l'intégralité de la face Fl de la plaque 35 (1). Il peut consister à pulvériser une encre comprenant un polymère hydrophobe.

La figure 4 illustre l'étape d'élimination sélective d'une partie (3) du revêtement hydrophobe de la face Fl, uniquement à l'extérieur du canal, c'est-à-dire sur les parties (7) de la face Fl de la plaque métallique.

L'élimination sélective du dépôt hydrophobe peut être mise en oeuvre avant le séchage du dépôt, avant la réticulation éventuelle du polymère hydrophobe, ou avant l'éventuel polissage du dépôt. La figure 5 illustre le dépôt d'une encre de polymère électroniquement conducteur (4) uniquement à l'extérieur du canal, c'est-à-dire sur les parties (7) sur la face F1 de la plaque métallique qui sont dorénavant dépourvues de revêtement hydrophobe. De manière générale, le dépôt du polymère électroniquement conducteur (4) peut être réalisé par sérigraphie ou par les techniques par rouleau.

Ces techniques permettent de déposer l'encre de polymère éventuellement chargée de particules électroniquement conductrices uniquement sur les parties plates (3) dépourvues de dépôt hydrophobe.

Ce dépôt sélectif permet d'éviter la mise en place d'un masque pour déposer uniquement de l'encre sur les parties supérieures (3) (dents). Cette technique est donc adaptée à tout type de géométrie de type dents/canaux que l'on retrouver dans les plaques d'écoulement.

La figure 6a illustre la mise en place sur la face F1 de la plaque métallique (1) d'une couche de diffusion gazeuse (5) par imprégnation (6) de la couche de diffusion gazeuse (5) au sein du dépôt de l'encre de polymère électroniquement conducteur (4). La GDL (5) est avantageusement placée et comprimée sur la plaque d'écoulement (1), 30 de manière à ce que 5 à 20% de son épaisseur soient imprégnés au sein du dépôt électroniquement conducteur. La figure 6b illustre l'association de la plaque métallique (1) et de la couche de diffusion gazeuse (5). 35 Comme déjà indiqué, l'association/solidarisation de la plaque d'écoulement (1) et de la couche de diffusion gazeuse (5) est avantageusement réalisée par l'une des techniques suivantes réticulation du polymère contenu dans le dépôt électroniquement conducteur ; séchage de l'encre de polymère électroniquement conducteur, notamment lorsqu'elle comprend des solvants volatiles. L'interface ainsi créée entre la plaque d' écoulement/dépôt/GDL est optimisé pour : limiter la corrosion de l'acier inoxydable : pour éviter un empoisonnement par les cations métalliques des autres composants de la pile à combustible et limiter la formation d'un film passif entraînant une augmentation des résistances de contact électrique ; limiter la résistance de contact électrique entre la plaque d'écoulement et la GDL en favorisant la percolation des électrons ; maintenir la GDL sur la plaque d'écoulement pour notamment faciliter l'assemblage de la pile à combustible. EXEMPLES DE RÉALISATION DE L'INVENTION Quatre piles à combustibles comprenant les plaques d'écoulement selon les exemples CE1, CE2, CE3 et INV ont été préparées. Pour éviter des artefacts de mesures (effets de bord), ces exemples concernent des échantillons plats, sans rainures/canaux. Les plaques dites d'écoulement sont donc des plaques planes étant donné que l'objet de ces exemples est de définir l'influence des interfaces. Pour cela, il était nécessaire de connaître la résistance électrique de ces plaques. Les plaques d'écoulement sont en acier inoxydable (inox 316L épaisseur 100 micromètres), et éventuellement recouvertes d'un revêtement conducteur comprenant des particules de carbone (CE2, INV) ou d'or (CE3). Elles présentent toutes deux faces 30 principales. Les couches de diffusion gazeuse (GDL) utilisées présentent une épaisseur de 200 micromètres (fabricant « Freudenberg » H2315). 35 La plaque selon le contre-exemple CE2 comprend un revêtement dont l'épaisseur est de 30 micromètres, et qui est constitué de polyuréthane et de particules de carbone (45% en poids de particules).

La plaque selon le contre-exemple CE3 comprend un revêtement en or dont l'épaisseur est de 0.1 micromètres. La plaque INV selon la présente invention comprend un revêtement électroniquement conducteur dont l'épaisseur est de 40 micromètres, et qui comprend le polymère polyuréthane et des particules de carbone (45% en poids de particules). GDL Plaque Association de la d'écoulement GDL et de la PB Exemple CE1 Fibres de carbone inox NON Exemple CE2 Fibres de carbone inox + revêtement NON en carbone Exemple CE3 Fibres de carbone inox + or NON Exemple INV Fibres de carbone inox + revêtement OUI en carbone Les figures 7a et 7b montrent que les plaques selon l'invention (INV) permettent de diminuer la résistance électrique (en mOhm.cm2) par rapport aux plaques conventionnelles selon l'art antérieur (CE1 et CE2), et ce, quelle que soit la pression de compression exercée entre la plaque métallique et la GDL en fibres de carbone (0.5 à 3 MPa). Cette pression de compression correspond à la pression exercée entre la GDL et la plaque d'écoulement au sein de la pile à combustible.

Ainsi, lorsque la pression de compression est 1 MPa, la résistance électrique diminue d'un tiers entre une plaque conventionnelle comprenant une GDL « libre » et la plaque selon l'invention comprenant une GDL intégrée. Seule la plaque comprenant un revêtement en or (CE3) présente une résistance électrique inférieure. Or, comme cela a déjà été souligné, il n'est pas envisageable de produire ce type de plaque à l'échelle industrielle en raison de son coût.

Claims (5)

1. REVENDICATIONS1. Plaque métallique pour pile à combustible présentant deux faces principales F1 et F2, la face Fl comprenant au moins un canal, caractérisée : - en ce que la face F1 comprend un revêtement hydrophobe uniquement à l'intérieur du canal et un revêtement polymérique électroniquement conducteur uniquement à l'extérieur du canal ; - et en ce que la plaque métallique comprend sur la face F 1 une couche de diffusion gazeuse solidaire de la plaque métallique, une partie de l'épaisseur de la couche de diffusion gazeuse recouvrant au moins une partie de l'épaisseur du revêtement polymère électroniquement conducteur. Plaque métallique pour pile à combustible selon la revendication 1, caractérisée en ce que la plaque métallique est en un matériau choisi dans le groupe comprenant l'acier inoxydable, le titane et l'aluminium. Plaque métallique pour pile à combustible selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le revêtement polymérique électroniquement conducteur comprend un polymère choisi dans le groupe comprenant le PEEK, les polymères de polyuréthane, d'acrylonitrile. Plaque métallique pour pile à combustible selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la couche de diffusion gazeuse est constituée de fibres de carbone, et présente une épaisseur comprise entre 5 et 50 micromètres. Plaque métallique bipolaire comprenant deux places métalliques selon l'une des revendications 1 à 4, les faces principales F2 respectives des deux plaques métalliques étant au contact l'une de l'autre. Pile à combustible à membrane échangeuse de protons comprenant la plaque métallique objet de l'une des revendications 1 à 5. Procédé de préparation d'une plaque métallique pour PEMIC, selon les étapes suivantes : - dépôt d'un revêtement hydrophobe sur au moins la face F1 d'une plaque métallique présentant deux faces principales F 1 et F2, et dont la face F 1 comprend au moins un canal ; 10
2. 2. 15
3. 3. 20
4. 4. 25
5. 5. 306. 7. 35 10 8. 15 9. 20 10. 25 - élimination sélective d'une partie du revêtement hydrophobe, uniquement à l'extérieur du canal ; - dépôt d'une encre de polymère électroniquement conducteur uniquement à l'extérieur du canal ; - mise en place sur la face F1 de la plaque métallique d'une couche de diffusion gazeuse par imprégnation de la couche de diffusion gazeuse au sein du dépôt de l'encre de polymère électroniquement conducteur ; - association de la plaque métallique et de la couche de diffusion gazeuse. Procédé de préparation d'une plaque métallique pour PEMFC selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dépôt du revêtement hydrophobe est réalisé par pulvérisation d'une encre comprenant un polymère hydrophobe choisi dans le groupe comprenant les siloxanes, les polymères styrène acrylique, et le PTFE. Procédé de préparation d'une plaque métallique pour PEMFC selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que l'élimination sélective d'une partie du revêtement hydrophobe est réalisée par raclage ou par polissage. Procédé de préparation d'une plaque métallique pour PEMFC selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que l'association de la plaque métallique et de la couche de diffusion gazeuse est réalisée par séchage de l'encre de polymère électroniquement conducteur et/ou par réticulation du polymère électroniquement conducteur.