FR3035543A1 - ENHANCED BIPOLAR FUEL CELL PLATE PROVIDING HOMOGENEOUS FLUID DISTRIBUTION - Google Patents

ENHANCED BIPOLAR FUEL CELL PLATE PROVIDING HOMOGENEOUS FLUID DISTRIBUTION Download PDF

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Abstract

Plaque bipolaire (2) pour la réalisation d'un empilement de pile à combustible à membrane échangeuse de protons, ladite plaque bipolaire (2) comprenant - une région proximale (20A) et une région distale (20B) de la plaque bipolaire (2) pour l'alimentation en fluide, - des canaux primaires (24) d'acheminement de fluide et des canaux secondaires (25) d'acheminement de fluide - une région centrale (20C), dans laquelle les canaux primaires (24) et secondaires (25) réalisent une circulation de fluides selon la direction longitudinale de la plaque bipolaire (2), la plaque bipolaire (2) étant caractérisée en ce qu'elle comprend une zone de distribution proximale (30A) et une zone de distribution distale (30B), aménagées respectivement entre la région proximale (20A) et la région centrale (20C), et entre la région distale (20B) et la région centrale (20C), dans lesquelles les tôles assemblées forment également des canaux primaires de distribution configurés de manière à réaliser une distribution de fluide entre les canaux primaires (24).Bipolar plate (2) for producing a proton exchange membrane fuel cell stack, said bipolar plate (2) comprising - a proximal region (20A) and a distal region (20B) of the bipolar plate (2) for supplying fluid, - primary fluid delivery channels (24) and secondary fluid delivery channels (25) - a central region (20C), wherein the primary (24) and secondary (24) channels ( 25) provide a flow of fluids in the longitudinal direction of the bipolar plate (2), the bipolar plate (2) being characterized in that it comprises a proximal distribution zone (30A) and a distal distribution zone (30B) , respectively provided between the proximal region (20A) and the central region (20C), and between the distal region (20B) and the central region (20C), wherein the assembled plates also form primary distribution channels configured toperforming a fluid distribution between the primary channels (24).

Description

1 DOMAINE TECHNIQUE GENERAL La présente invention concerne le domaine des piles à combustible, et vise plus particulièrement les piles à combustibles destinées à des applications dans le domaine de l'aéronautique. ETAT DE L'ART Les piles à combustible présentent un principe de fonctionnement associé à des réactions électrochimiques aux électrodes séparées par un électrolyte. Dans le cas de piles à combustible à H2 et 02, les réactions électrochimiques conduisent à la génération d'eau, d'électricité et de chaleur. Les piles à combustible à membrane échangeuse de protons sont typiquement formées par assemblage de cellules élémentaires. Elles sont constituées d'assemblage membrane électrodes « AME » ou « MEA » selon la dénomination anglo-saxonne, de joints d'étanchéité et de plaques bipolaires formées à partir de tôles fines mises en forme et assemblées deux à deux, de manière à former des canaux de refroidissement dans lesquels circule un fluide caloporteur, des canaux de réactifs pour la circulation des réactifs, des zones d'appui et de contact avec les électrodes et des surfaces de support pour le positionnement et la compression des éléments d'étanchéité des différents canaux.TECHNICAL FIELD The present invention relates to the field of fuel cells, and more particularly to fuel cells intended for applications in the field of aeronautics. STATE OF THE ART The fuel cells have an operating principle associated with electrochemical reactions electrodes separated by an electrolyte. In the case of H2 and 02 fuel cells, electrochemical reactions lead to the generation of water, electricity and heat. Proton exchange membrane fuel cells are typically formed by assembling elementary cells. They consist of membrane electrode assembly "AME" or "MEA" according to the English name, seals and bipolar plates formed from thin sheets shaped and assembled in pairs, so as to form coolant channels in which a coolant circulates, reagent channels for reagent circulation, support and contact areas with the electrodes and support surfaces for positioning and compression of the sealing elements of the different canals.

Les plaques bipolaires présentent des puits pour l'alimentation et l'évacuation des réactifs et du fluide caloporteur de manière à réaliser un écoulement selon une direction longitudinale de chaque plaque.The bipolar plates have wells for feeding and discharging the reagents and heat transfer fluid so as to produce a flow in a longitudinal direction of each plate.

La figure 1 présente ainsi une vue d'ensemble d'un exemple de plaque bipolaire conventionnelle, et les figures 2 et 3 sont des vues en coupe illustrant deux géométries conventionnelles de canaux d'une telle plaque bipolaire.FIG. 1 thus presents an overview of an example of a conventional bipolar plate, and FIGS. 2 and 3 are cross-sectional views illustrating two conventional channel geometries of such a bipolar plate.

3035543 2 La figure 1 représente ainsi une plaque bipolaire 1 s'étendant selon une direction longitudinale repérée par l'axe X-X, et définissant également une direction transversale repérée par l'axe Y-Y.FIG. 1 thus represents a bipolar plate 1 extending in a longitudinal direction marked by the X-X axis, and also defining a transverse direction marked by the Y-Y axis.

5 Cette plaque bipolaire 1 est formée de tôles assemblées, définissant ainsi des canaux primaires et secondaires pour la circulation de réactifs et de fluide caloporteur selon la direction longitudinale de la plaque bipolaire 1. La plaque bipolaire 1 comprend également des puits 11 permettant de réaliser l'alimentation et l'évacuation en fluide des 10 différents canaux, ces puits étant disposés à proximité des deux extrémités de la plaque bipolaire 1 selon la direction longitudinale. De telles plaques bipolaires sont empilées afin de former un empilement ou « stack » de pile à combustible, les plaques bipolaires 1 adjacentes étant séparées par un Assemblage Membrane Electrode.This bipolar plate 1 is formed of assembled plates, thus defining primary and secondary channels for the circulation of reagents and heat transfer fluid in the longitudinal direction of the bipolar plate 1. The bipolar plate 1 also comprises wells 11 making it possible to carry out the process. supply and fluid discharge of the various channels, these wells being disposed near the two ends of the bipolar plate 1 in the longitudinal direction. Such bipolar plates are stacked to form a stack or stack of fuel cells, the adjacent bipolar plates 1 being separated by an electrode membrane assembly.

15 Les canaux primaires sont formés au sein de la plaque bipolaire, et entièrement délimités par les tôles la formant. Ces canaux primaires sont typiquement utilisés pour réaliser une circulation de fluide caloporteur, assurant ainsi notamment le refroidissement de la plaque bipolaire.The primary channels are formed within the bipolar plate, and entirely delimited by the forming sheets. These primary channels are typically used to achieve a circulation of heat transfer fluid, thus ensuring in particular the cooling of the bipolar plate.

20 Les canaux secondaires sont quant à eux délimités d'une part par la plaque bipolaire 1, et d'autre part par l'« Assemblage MembraneElectrodes » ou « AME », définissant ainsi une zone de circulation des gaz réactifs et des produits de la réaction.The secondary channels are delimited on the one hand by the bipolar plate 1, and on the other hand by the "Membrane Electrode Assembly" or "AME", thus defining a circulation zone of the reactive gases and products of the reaction.

25 Les figures 2 et 3 présentent deux géométries de plaque bipolaire, définissant ainsi deux géométries de canaux primaires 12 et secondaires 13, ces figures étant une vue partielle en coupe selon la direction transversale d'une plaque bipolaire. La figure 2 représente une structure de plaque bipolaire formée de tôles 30 emboitées tandis que la figure 3 représente une structure de plaque bipolaire formée de tôles assemblées en vis-à-vis, ainsi que l'AME 14 entourant ces plaques bipolaires.Figures 2 and 3 show two bipolar plate geometries, thus defining two primary and secondary 12 channel geometries 13, these figures being a partial sectional view in the transverse direction of a bipolar plate. FIG. 2 shows a bipolar plate structure formed of nested sheets 30 while FIG. 3 shows a bipolar plate structure formed of sheets joined together, as well as the AME 14 surrounding these bipolar plates.

3035543 3 Afin d'optimiser le fonctionnement, et notamment la durée de vie de la pile à combustible, la répartition des fluides dans les différents canaux primaires et secondaires doit être la plus homogène possible. Or, on comprend bien que la multiplicité des canaux formés dans chaque 5 plaque bipolaire entraine une non-homogénéité de la répartition des fluides (réactifs et fluide caloporteur), notamment en fonction de la position de chaque canal par rapport aux puits associés. De plus, les procédés de fabrication des plaques bipolaires à partir de 10 deux tôles assemblées impliquent plusieurs contraintes, notamment en termes de résistance mécanique en raison de l'effort de compression appliqué pour l'assemblage des tôles, et également en termes de géométrie afin de permettre l'assemblage de deux tôles identiques. L'utilisation de géométries reposant sur l'assemblage de deux tôles 15 identiques afin d'obtenir une plaque bipolaire permet en effet la simplification du procédé de mise en forme des tôles et l'utilisation d'un seul moule. PRESENTATION DE L'INVENTION 20 La présente invention vise ainsi à remédier au moins partiellement à ces problématiques, et propose une plaque bipolaire pour la réalisation d'un empilement de pile à combustible à membranes échangeuses de protons, ladite plaque bipolaire étant composée de tôles mises en forme 25 et assemblées, et s'étendant selon une direction longitudinale de manière à définir une extrémité proximale et une extrémité distale de la plaque bipolaire, la plaque bipolaire comprenant - des puits pour l'alimentation et l'évacuation de fluides, aménagés dans une région proximale et une région distale de la plaque bipolaire, 30 - des canaux primaires d'acheminement de fluide et des canaux secondaires d'acheminement de fluide réalisant une circulation de fluide entre la région proximale et la région distale de la plaque bipolaire, lesdits canaux primaires étant formés entre lesdites tôles assemblées, 3035543 4 - une région centrale, dans laquelle les canaux primaires et secondaires réalisent une circulation de fluides selon la direction longitudinale de la plaque bipolaire, la plaque bipolaire étant caractérisée en ce qu'elle comprend une zone 5 de distribution proximale et une zone de distribution distale, aménagées respectivement entre la région proximale et la région centrale, et entre la région distale et la région centrale, dans lesquelles les tôles assemblées forment également des canaux primaires de distribution configurés de manière à réaliser une distribution de fluide entre les 10 différents canaux primaires. Lesdits canaux primaires de distribution sont par exemple des canaux aménagés entre des canaux primaires adjacents, selon une direction transversale de la plaque bipolaire, perpendiculaire à la direction 15 longitudinale. Les canaux primaires de distribution sont par exemple formés en maintenant espacées les tôles formant la plaque bipolaire dans les zones de distribution proximale et distale.In order to optimize the operation, and in particular the life of the fuel cell, the distribution of the fluids in the different primary and secondary channels must be as homogeneous as possible. However, it is well understood that the multiplicity of channels formed in each bipolar plate causes a non-homogeneity of the distribution of fluids (reactants and heat transfer fluid), in particular as a function of the position of each channel relative to the associated wells. In addition, the processes for manufacturing bipolar plates from two assembled sheets involve several constraints, particularly in terms of mechanical strength due to the compression force applied for the assembly of the sheets, and also in terms of geometry so to allow the assembly of two identical sheets. The use of geometries based on the assembly of two identical sheets 15 in order to obtain a bipolar plate makes it possible in fact to simplify the process of shaping the sheets and the use of a single mold. PRESENTATION OF THE INVENTION The present invention thus aims at remedying at least partially these problems, and proposes a bipolar plate for the production of a fuel cell stack with proton exchange membranes, said bipolar plate being composed of metal plates. shaped and 25, and extending in a longitudinal direction to define a proximal end and a distal end of the bipolar plate, the bipolar plate comprising - wells for feeding and discharging fluids, arranged in a proximal region and a distal region of the bipolar plate, primary fluid delivery channels and secondary fluid delivery channels providing fluid flow between the proximal region and the distal region of the bipolar plate, said primary channels being formed between said assembled sheets, 3035543 4 - a central region, in which the primary and secondary channels perform fluid circulation in the longitudinal direction of the bipolar plate, the bipolar plate being characterized in that it comprises a zone 5 of proximal distribution and a distal distribution zone, respectively arranged between the proximal region and the central region, and between the distal region and the central region, wherein the assembled plates also form primary distribution channels configured to provide fluid distribution between the different primary channels. Said primary distribution channels are for example channels arranged between adjacent primary channels, in a transverse direction of the bipolar plate, perpendicular to the longitudinal direction. For example, the primary distribution channels are formed by keeping the plates forming the bipolar plate spaced apart in the proximal and distal distribution zones.

20 La plaque bipolaire peut également être telle que, dans la zone de distribution proximale et dans la zone de distribution distale, les tôles assemblées forment également des canaux secondaires de distribution configurés de manière à réaliser une distribution transversale de fluide 25 entre les différents canaux secondaires. Lesdits canaux secondaires de distribution sont par exemple des canaux aménagés entre des canaux secondaires adjacents, selon une direction transversale de la plaque bipolaire, perpendiculaire à la direction 30 longitudinale.The bipolar plate may also be such that in the proximal and distal distribution zones the assembled plates also form secondary distribution channels configured to provide a transverse fluid distribution between the different secondary channels. . Said secondary distribution channels are for example channels arranged between adjacent secondary channels, in a transverse direction of the bipolar plate, perpendicular to the longitudinal direction.

3035543 5 Les zones de distribution proximale et distale peuvent comprendre des renforts mécaniques adaptés pour s'opposer à un effort de compression selon une direction normale à la plaque bipolaire. Lesdits renforts mécaniques sont par exemple réalisés en matériau 5 conducteur, et réalisent une connexion électrique entre les tôles formant la plaque bipolaire. Les zones de distribution proximale et distale présentent par exemple une forme générale rectangulaire, ou de pentagone.The proximal and distal distribution zones may comprise mechanical reinforcements adapted to oppose a compression force in a direction normal to the bipolar plate. Said mechanical reinforcements are for example made of conductive material, and provide an electrical connection between the sheets forming the bipolar plate. The proximal and distal distribution areas have for example a generally rectangular shape, or pentagon.

10 L'invention concerne également une pile à combustible comprenant un empilement selon une direction normale d'une pluralité de cellules élémentaires disposées entre deux plaques terminales, chaque cellule élémentaire comprenant des plaques bipolaires telle que définie 15 précédemment et un assemblage membrane-électrodes, les renforts mécaniques desdites plaques bipolaires s'opposant à un effort de compression appliqué sur l'empilement selon la direction normale. Lesdites plaques bipolaires formant l'empilement sont par exemple identiques, et sont alors typiquement formées au moyen d'un même 20 outillage de mise en forme. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront 25 de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés, sur lesquels : - La figure 1 décrite précédemment présente la structure générale d'une plaque bipolaire ; - Les figures 2 et 3 décrites précédemment présentent des 30 exemples de structures de canaux d'une plaque bipolaire ; - La figure 4 présente un exemple de plaque bipolaire selon un aspect de l'invention ; 3035543 6 - La figure 5 présente un autre exemple de plaque bipolaire selon un aspect de l'invention ; - La figure 6 est une vue détaillée d'une région proximale d'une plaque bipolaire selon un aspect de l'invention ; 5 - La figure 7 est une vue détaillée d'une portion de la figure 6 ; - Les figures 8 à 11 sont des vues en coupe selon différents plans de la figure 7 ; - La figure 12 présente un exemple de distribution des fluides dans les conduits d'une plaque bipolaire selon un aspect de l'invention.The invention also relates to a fuel cell comprising a stack in a normal direction of a plurality of elementary cells arranged between two terminal plates, each elementary cell comprising bipolar plates as defined above and a membrane-electrode assembly, the mechanical reinforcements of said bipolar plates opposing a compression force applied on the stack in the normal direction. Said bipolar plates forming the stack are for example identical, and are then typically formed by means of the same forming tool. PRESENTATION OF THE FIGURES Other characteristics, objects and advantages of the invention will emerge from the description which follows, which is purely illustrative and nonlimiting, and which should be read with reference to the appended drawings, in which: FIG. previously presented the general structure of a bipolar plate; Figures 2 and 3 previously described show examples of channel structures of a bipolar plate; FIG. 4 shows an example of a bipolar plate according to one aspect of the invention; FIG. 5 shows another example of a bipolar plate according to one aspect of the invention; FIG. 6 is a detailed view of a proximal region of a bipolar plate according to one aspect of the invention; Figure 7 is a detailed view of a portion of Figure 6; - Figures 8 to 11 are sectional views along different planes of Figure 7; FIG. 12 shows an example of distribution of the fluids in the ducts of a bipolar plate according to one aspect of the invention.

1 0 Sur l'ensemble des figures, les éléments en commun sont repérés par des références numériques identiques. DESCRIPTION DETAILLEE 1 5 Les figures 4 et 5 présentent deux exemples de plaque bipolaire 2 selon un aspect de l'invention. Tout comme la plaque bipolaire décrite précédemment en référence aux figures 1 à 3, cette plaque bipolaire 2 s'étendant selon une direction longitudinale repérée par l'axe X-X, et définissant également une 20 direction transversale repérée par l'axe Y-Y. On définit ainsi deux extrémités, respectivement proximale 2A et distale 2B pour la plaque bipolaire 2, ces extrémités étant désignées arbitrairement, selon la direction longitudinale de la plaque bipolaire 2.In all the figures, the elements in common are identified by identical reference numerals. DETAILED DESCRIPTION FIGS. 4 and 5 show two examples of bipolar plate 2 according to one aspect of the invention. Just as the bipolar plate described above with reference to Figures 1 to 3, this bipolar plate 2 extending in a longitudinal direction marked by the axis X-X, and also defining a transverse direction marked by the Y-Y axis. Thus, two ends, respectively proximal 2A and distal 2B, are defined for the bipolar plate 2, these ends being designated arbitrarily in the longitudinal direction of the bipolar plate 2.

25 Des puits 21 pour l'alimentation et l'évacuation de fluide caloporteur et de réactifs sont aménagés à proximité des extrémités longitudinales de la plaque bipolaire 2, dans deux régions que l'on désigne comme étant une région proximale 20A et une région distale 20B de la plaque bipolaire 2.Wells 21 for the supply and discharge of heat transfer fluid and reagents are arranged near the longitudinal ends of the bipolar plate 2 in two regions designated as a proximal region 20A and a distal region 20B. bipolar plate 2.

30 La plaque bipolaire 2 comprend également une région centrale 20C, dans laquelle s'étendent des conduits primaires et secondaires 3035543 7 d'acheminement de fluide, réalisant une circulation de réactifs et de fluide caloporteur selon la direction longitudinale. Les canaux primaires et secondaires de la région centrale 20C ont par 5 exemple une structure telle que décrite précédemment, en référence aux figures 2 et 3. Dans la région centrale 20C, les canaux primaires et secondaires s'étendent ainsi selon la direction longitudinale, et sont chacun distincts et isolés des autres canaux.The bipolar plate 2 also comprises a central region 20C, in which primary and secondary fluid-carrying conduits 227 run, producing a circulation of reagents and coolant in the longitudinal direction. The primary and secondary channels of the central region 20C have, for example, a structure as described above, with reference to FIGS. 2 and 3. In the central region 20C, the primary and secondary channels thus extend in the longitudinal direction, and are each distinct and isolated from other channels.

10 On peut ainsi former un empilement (ou « stack ») de pile à combustible par empilement de telles plaques bipolaires, entre lesquelles sont interposées des assemblages membranes-électrodes. La plaque bipolaire 2 comprend également des zones de distribution, 15 respectivement une zone de distribution proximale 30A et une zone de distribution distale 30B, aménagées respectivement entre la région proximale 20A et la région centrale 20C, et entre la région distale 20B et la région centrale 20C.It is thus possible to form a stack (or "stack") of fuel cells by stacking such bipolar plates, between which membrane-electrode assemblies are interposed. The bipolar plate 2 also includes distribution areas, respectively a proximal delivery zone 30A and a distal delivery zone 30B, respectively provided between the proximal region 20A and the central region 20C, and between the distal region 20B and the central region. 20C.

20 Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 4, les zones de distribution proximale 30A et distale 30B ont une forme générale rectangulaire. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 5, les zones de distribution proximale 30A et distale 30B ont une forme générale de 25 pentagone ayant trois côtés formant une base rectangulaire, et deux côtés formant un sommet dirigé vers la région centrale 30C. Les canaux primaires et secondaires de la région centrale 20C ou 30C se prolongent dans les zones de distribution proximale 30A et distale 30B, 30 de manière à être reliés aux puits 21 permettant de réaliser la circulation de réactifs et de fluide caloporteur dans les canaux. Les zones de distribution proximale 30A et distale 30B comprennent également des canaux primaires de distribution et/ou des canaux 3035543 8 secondaires de distribution, adaptés pour réaliser une distribution homogène du fluide entre les puits 21 d'une part, et les conduits primaires et secondaires d'autre part.In the embodiment shown in FIG. 4, the proximal 30A and distal 30B distribution zones have a generally rectangular shape. In the embodiment shown in FIG. 5, the proximal 30A and distal 30B distribution zones are generally pentagon-shaped having three sides forming a rectangular base, and two vertex-forming sides directed toward the central region 30C. The primary and secondary channels of the central region 20C or 30C extend into the proximal 30A and distal distribution areas 30B, so as to be connected to the wells 21 for circulating reagents and coolant in the channels. The proximal 30A and distal 30B distribution zones also comprise primary distribution channels and / or secondary distribution channels, adapted to achieve a homogeneous distribution of the fluid between the wells 21 on the one hand, and the primary and secondary conduits on the other hand.

5 Plus précisément, les zones de distribution proximale 30A et distale 30B peuvent comprendre des canaux primaires de distribution, adaptés pour réaliser une distribution homogène de fluide depuis les puits 21 alimentant les canaux primaires en fluide vers lesdits canaux primaires, et réciproquement, depuis les canaux primaires vers les puits 21 1 0 d'évacuation du fluide circulant dans lesdits canaux primaires. Ces canaux primaires de distribution sont ainsi configurés de manière à ce que dans la région centrale 20C ou 30C, la circulation de fluide dans les différents canaux primaires de la plaque bipolaire 2 ou 3 soit homogène.More specifically, the proximal 30A and distal 30B distribution zones may comprise primary distribution channels, adapted to achieve a homogeneous distribution of fluid from the wells 21 supplying the primary channels with fluid to said primary channels, and vice versa, from the channels primary to the wells 21 1 0 discharging fluid flowing in said primary channels. These primary distribution channels are thus configured so that in the central region 20C or 30C, the flow of fluid in the different primary channels of the bipolar plate 2 or 3 is homogeneous.

15 De la même manière, les zones de distribution proximale 30A et distale 30B peuvent comprendre des canaux secondaires de distribution, adaptés pour réaliser une distribution homogène de fluide depuis les puits 21 alimentant les canaux secondaires en fluide vers lesdits canaux 20 primaires, et réciproquement, depuis les canaux secondaires vers les puits 21 d'évacuation du fluide circulant dans lesdits canaux secondaires. Ces canaux secondaires de distribution sont ainsi configurés de manière à ce que dans la région centrale 20C ou 30C, la circulation de fluide 25 dans les différents canaux secondaires de la plaque bipolaire 2 ou 3 soit homogène. La figure 6 présente un exemple de structure détaillée d'une zone de distribution proximale 30A d'une plaque bipolaire. La plaque bipolaire 30 comprend également une zone de distribution distale similaire, non représentée sur cette figure. On représente sur cette figure une vue partielle d'une plaque bipolaire, comprenant des puits 21 latéraux reliés à des conduits primaires 24 3035543 9 réalisant une circulation de fluide caloporteur au sein de la plaque bipolaire, afin notamment d'assurer son refroidissement. Comme on le voit sur cette figure, la plaque bipolaire comprend une 5 région centrale 30C dans laquelle les conduits primaires 24 et secondaires 25 (qui sont identifiés sur les figures 8 à 11 décrites ci-après) sont isolés les uns des autres, et s'étendent selon la direction longitudinale X-X de la plaque bipolaire. La plaque bipolaire comprend également une région proximale 20A dans laquelle sont aménagés des 10 puits 21 pour l'alimentation des conduits primaires en fluide caloporteur. La plaque bipolaire comprend également des puits (non représentés) pour l'alimentation des conduits secondaires en réactifs. La plaque bipolaire comprend également une région distale similaire, non représentée sur cette figure.Similarly, the proximal 30A and distal 30B distribution zones may comprise secondary delivery channels, adapted to provide a homogeneous distribution of fluid from the wells 21 supplying the fluid side channels to said primary channels, and vice versa, from the secondary channels to the wells 21 for discharging the fluid flowing in said secondary channels. These secondary distribution channels are thus configured so that in the central region 20C or 30C, the flow of fluid 25 in the different secondary channels of the bipolar plate 2 or 3 is homogeneous. FIG. 6 shows an example of a detailed structure of a proximal distribution zone 30A of a bipolar plate. The bipolar plate 30 also comprises a similar distal distribution zone, not shown in this figure. This figure shows a partial view of a bipolar plate, comprising lateral wells 21 connected to primary conduits 24 producing a flow of heat transfer fluid within the bipolar plate, in particular to ensure its cooling. As seen in this figure, the bipolar plate comprises a central region 30C in which the primary 24 and secondary 25 conduits (which are identified in FIGS. 8 to 11 hereinafter described) are isolated from each other, and extend in the longitudinal direction XX of the bipolar plate. The bipolar plate also comprises a proximal region 20A in which are arranged wells 21 for supplying the primary conduits with heat transfer fluid. The bipolar plate also comprises wells (not shown) for feeding the secondary conduits with reagents. The bipolar plate also includes a similar distal region, not shown in this figure.

15 Comme on le voit sur cette figure, la zone de distribution proximale 30A est interposée entre la région centrale 30C et la région proximale 20A, et réalise une distribution du fluide homogène entre les puits 21 et les canaux primaires et/ou secondaires de la plaque bipolaire.As seen in this figure, the proximal delivery zone 30A is interposed between the central region 30C and the proximal region 20A, and provides a homogeneous fluid distribution between the wells 21 and the primary and / or secondary channels of the plate bipolar.

20 Dans le mode de réalisation représenté, les puits 21 pour l'alimentation et l'évacuation du fluide caloporteur circulant dans les canaux primaires sont aménagés de part et d'autre des zones de distribution selon la direction transversale. Les puits pour l'alimentation et l'évacuation en réactifs circulant dans les canaux secondaires sont quant à eux 25 aménagés aux extrémités proximale et distale de la plaque bipolaire. Dans le mode de réalisation représenté, cette distribution est réalisée au moyen de canaux de distribution, reliant les différents canaux de la plaque bipolaire. Ainsi, on représente sur la figure 6 des canaux primaires de distribution, 30 répartis sur la largeur de la plaque bipolaire, réalisant une distribution transversale de fluide à travers ces canaux primaires de distribution.In the embodiment shown, the wells 21 for supplying and discharging the heat transfer fluid circulating in the primary channels are arranged on either side of the distribution zones in the transverse direction. Wells for feeding and evacuation of reagents circulating in the secondary channels are arranged at the proximal and distal ends of the bipolar plate. In the embodiment shown, this distribution is performed by means of distribution channels, connecting the different channels of the bipolar plate. Thus, there is shown in Figure 6 primary distribution channels, 30 distributed over the width of the bipolar plate, realizing a transverse distribution of fluid through these primary channels of distribution.

3035543 10 On détaille sur les figures 7 à 11 la structure des canaux primaires de distribution, au moyen de vues détaillées et de vues en coupes. La figure 7 détaille ainsi la zone de transition entre la zone de distribution proximale 30A et la région centrale 30C.The structure of the primary distribution channels is detailed in FIGS. 7 to 11 by means of detailed views and sectional views. FIG. 7 thus details the transition zone between the proximal distribution zone 30A and the central region 30C.

5 Les figures 8, 9 et 10 sont des vues en coupe de la plaque bipolaire, selon différents plans repérés sur la figure 7. Comme on le voit sur les figures 8 à 10, les tôles formant la plaque bipolaire sont ici formées de manière à être espacées dans les zones de 1 0 distribution 30A et 30B, tandis qu'elles sont accolées dans la région centrale 20C ou 30C de manière à délimiter les différents canaux primaires. On représente sur ces figures les canaux primaires 24 délimités au sein de la plaque bipolaire, et les canaux secondaires 25, délimités d'une part 1 5 par la plaque bipolaire, et d'autre part par un assemblage membrane- électrode (non représenté) qui est disposé sur la plaque bipolaire lors de la réalisation de l'empilement. Comme on le voit sur la figure 10, dans la région centrale 20C ou 30C de la plaque bipolaire, les canaux primaire 24 et secondaires 25 sont 20 séparés les uns des autres par les tôles formant la plaque bipolaire, les tôles étant alors typiquement soudées ou collées sur leurs zones de contact. A l'inverse, dans les zones de distribution, les canaux primaires 24 sont reliés fluidiquement entre eux, du fait de l'espacement entre les tôles 25 formant la plaque bipolaire, comme représenté sur la figure 8. La figure 9 représente la transition entre la région centrale 20C ou 30C et une zone de distribution ; les deux tôles formant la plaque bipolaire présentent, en limite de ces zones, une évolution de forme tendant à 30 fermer localement l'espace entre les deux tôles pour passer progressivement d'une nappe d'alimentation en vague sur le circuit primaire de la zone de distribution, à une séparation de canaux primaire 3035543 11 autour de chaque canaux secondaire dans la région centrale 20C ou 30C. Ainsi, dans les zones de distribution 30A et 30B, les canaux primaires 24 5 sont reliés entre eux par des canaux transversaux que l'on qualifie de canaux primaires de distribution, et forment ici une nappe réalisant une distribution du fluide notamment selon la direction transversale Y-Y de la plaque bipolaire, en amont de la région centrale 20C ou 30C, de manière à ce que dans la région centrale 20C ou 30 C, le fluide circulant dans les 10 canaux primaires 24 soit réparti uniformément. De plus, selon une option représentée sur les figures 6, 7 et 11, les zones de distribution peuvent comprendre des zones de contact 26 entre les deux tôles, de manière à former des renforts mécaniques. Ces zones de contact 26 entre les tôles sont typiquement limitées, afin d'assurer 1 5 au maximum la distribution du fluide entre les différents canaux primaires 24. Les deux tôles peuvent être soudées ou collées sur ces zones de contact 26. Ces zones de contact 26 formant des renforts mécaniques ont plusieurs fonctions.FIGS. 8, 9 and 10 are cross-sectional views of the bipolar plate, in various planes shown in FIG. 7. As seen in FIGS. 8 to 10, the plates forming the bipolar plate are here formed in such a way as to they are spaced apart in the distribution zones 30A and 30B, while they are contiguous in the central region 20C or 30C so as to delimit the different primary channels. These figures show the primary channels 24 delimited within the bipolar plate, and the secondary channels 25 delimited on the one hand by the bipolar plate, and on the other hand by a membrane-electrode assembly (not shown). which is arranged on the bipolar plate during the realization of the stack. As seen in FIG. 10, in the central region 20C or 30C of the bipolar plate, the primary 24 and secondary 25 channels are separated from each other by the sheets forming the bipolar plate, the sheets then being typically welded or stuck on their contact areas. Conversely, in the distribution zones, the primary channels 24 are fluidly connected to each other, due to the spacing between the plates 25 forming the bipolar plate, as shown in FIG. 8. FIG. 9 represents the transition between the central region 20C or 30C and a distribution zone; the two sheets forming the bipolar plate have, at the limit of these zones, an evolution of shape tending to locally close the space between the two sheets in order to progressively move from a wave feed sheet to the primary circuit of the zone of distribution, at a primary channel separation 3035543 11 around each secondary channel in the central region 20C or 30C. Thus, in the distribution zones 30A and 30B, the primary channels 24 are interconnected by transverse channels that are called primary distribution channels, and here form a sheet producing a distribution of the fluid in particular in the transverse direction YY of the bipolar plate, upstream of the central region 20C or 30C, so that in the central region 20C or 30C, the fluid flowing in the primary channels 24 is distributed uniformly. In addition, according to an option shown in Figures 6, 7 and 11, the distribution zones may comprise contact areas 26 between the two sheets, so as to form mechanical reinforcements. These contact zones 26 between the sheets are typically limited, in order to ensure maximum distribution of the fluid between the different primary channels 24. The two sheets can be welded or bonded to these contact zones 26. These contact zones 26 forming mechanical reinforcements have several functions.

20 En premier lieu, elles améliorent la résistance à l'écrasement des zones de distribution, et assurent donc le maintien de l'espacement entre les deux tôles de la plaque bipolaire dans les zones de distribution. Dans le cas où les tôles sont soudées ou collées sur les zones de contact 26, elles réalisent également un renfort contre les déformations pouvant 25 résulter de la pression dans les canaux primaires 24, qui tend à séparer les deux tôles. De plus, ces zones de contact 26 définissent également des canaux secondaires de distribution 27 entre les canaux secondaires 25 de la plaque bipolaire. En effet, ces zones de contact forment des 30 aplatissements locaux des tôles, et permettent donc d'aménager des passages entre les canaux secondaires 25 définis par les ondulations des tôles. Les canaux secondaires de distribution 27 peuvent donc permettre 3035543 12 de réaliser également une distribution des réactifs entre les différents canaux secondaires 25. Les zones de contact 26 peuvent également contribuer au guidage des fluides dans les zones de distribution 30A et 30B.In the first place, they improve the crush resistance of the distribution zones, and thus ensure the maintenance of the spacing between the two plates of the bipolar plate in the distribution zones. In the case where the sheets are welded or bonded to the contact areas 26, they also provide a reinforcement against the deformations that may result from the pressure in the primary channels 24, which tends to separate the two sheets. In addition, these contact zones 26 also define secondary distribution channels 27 between the secondary channels 25 of the bipolar plate. Indeed, these contact areas form local flattening of the sheets, and thus allow to arrange passages between the secondary channels 25 defined by the corrugations of the sheets. The secondary distribution channels 27 may therefore also make it possible to distribute the reagents between the different secondary channels 25. The contact zones 26 may also contribute to guiding the fluids in the distribution zones 30A and 30B.

5 En outre, ces zones de contact 26 permettent d'assurer une continuité électrique entre les tôles formant la plaque bipolaire. Les zones de distribution proximale 30A et distale 30B ainsi formées permettent ainsi de distribuer et d'homogénéiser la répartition du fluide 10 dans les différents canaux primaires 24 et optionnellement secondaires 25, de manière à ce que l'écoulement dans la région centrale 20C ou 30C de la plaque bipolaire soit uniforme. La figure 12 représente un exemple de distribution du fluide des puits 21 1 5 vers les canaux primaires 24 de la région centrale 20C ou 30C, obtenue au moyen de cloisons aménagées sur les plaques bipolaires 2 permettant ainsi de former diverses zones dans lesquelles le fluide est réparti de manière homogène. On repère ainsi sur la figure 12 par des flèches le sens global de circulation du fluide, de manière à ce qu'il soit 20 réparti de manière homogène dans les différentes zones qui sont pour leur part identifiées au moyen d'accolades. Une telle répartition homogène des fluides dans la région centrale 20C ou 30C de la plaque bipolaire est avantageuse. Elle permet en effet de 25 réduire les pertes de charge, et donc de réduire la puissance nécessaire pour les systèmes annexes à la pile à combustible ainsi formée, tels que les pompes et compresseurs servant notamment au circuit de refroidissement, et permet d'améliorer le rendement de la pile à combustible.In addition, these contact zones 26 make it possible to ensure electrical continuity between the sheets forming the bipolar plate. The proximal 30A and 30B distal distribution zones thus formed thus make it possible to distribute and homogenize the distribution of the fluid 10 in the different primary and optionally secondary channels 24, so that the flow in the central region 20C or 30C the bipolar plate is uniform. FIG. 12 represents an example of distribution of the fluid of the wells 21 1 5 towards the primary channels 24 of the central region 20C or 30C, obtained by means of partitions arranged on the bipolar plates 2 thus making it possible to form various zones in which the fluid is distributed homogeneously. Thus, in FIG. 12, arrows denote the overall direction of circulation of the fluid, so that it is homogeneously distributed in the various zones which are for their part identified by means of braces. Such homogeneous distribution of fluids in the central region 20C or 30C of the bipolar plate is advantageous. It makes it possible to reduce the pressure drop, and therefore to reduce the power required for the systems that are incidental to the fuel cell thus formed, such as pumps and compressors serving in particular for the cooling circuit, and makes it possible to improve the fuel cell efficiency.

30 De plus, une répartition homogène du fluide de refroidissement dans les canaux primaires 24 permet d'éviter ou du moins de limiter la formation d'un gradient de température dans la pile à combustible, et contribue 3035543 13 donc également à améliorer le rendement énergétique du système, ainsi que sa durée de vie. Une répartition homogène des réactifs dans les conduits secondaires 25 permet de plus d'augmenter l'utilisation des réactifs, soit de limiter la 5 sur-stoechiométrie, et donc d'obtenir un potentiel chimique plus élevé. Les performances obtenues sont donc améliorées, sans nécessiter une augmentation de la surface active de la pile à combustible.Moreover, a homogeneous distribution of the coolant in the primary channels 24 makes it possible to avoid or at least limit the formation of a temperature gradient in the fuel cell, and thus also contributes to improving the energy efficiency. of the system, as well as its lifetime. A homogeneous distribution of the reagents in the secondary conduits 25 also makes it possible to increase the use of the reagents, ie to limit the over-stoichiometry, and thus to obtain a higher chemical potential. The performances obtained are thus improved, without requiring an increase in the active surface of the fuel cell.

Claims (11)

REVENDICATIONS1. Plaque bipolaire (2) pour la réalisation d'un empilement de pile à combustible à membrane échangeuse de protons, ladite plaque bipolaire (2) étant composée de tôles mises en forme et assemblées, et s'étendant selon une direction longitudinale (X-X) de manière à définir une extrémité proximale (2A) et une extrémité distale (2B) de la plaque bipolaire (2), la plaque bipolaire (2) comprenant - des puits (21) pour l'alimentation et l'évacuation de fluide, aménagés dans une région proximale (20A) et une région distale (20B) de la plaque bipolaire (2), - des canaux primaires (24) d'acheminement de fluide et des canaux secondaires (25) d'acheminement de fluide réalisant une circulation de fluide entre la région proximale (20A) et la région distale (20B) de la plaque bipolaire (2), lesdits canaux primaires (24) étant formés entre lesdites tôles assemblées, - une région centrale (20C), dans laquelle les canaux primaires (24) et secondaires (25) réalisent une circulation de fluides selon la direction longitudinale de la plaque bipolaire (2), la plaque bipolaire (2) étant caractérisée en ce qu'elle comprend une zone de distribution proximale (30A) et une zone de distribution distale (30B), aménagées respectivement entre la région proximale (20A) et la région centrale (20C), et entre la région distale (20B) et la région centrale (20C), dans lesquelles les tôles assemblées forment également des canaux primaires de distribution configurés de manière à réaliser une distribution de fluide entre les canaux primaires (24).REVENDICATIONS1. Bipolar plate (2) for producing a proton exchange membrane fuel cell stack, said bipolar plate (2) being composed of shaped and assembled plates and extending in a longitudinal direction (XX) of defining a proximal end (2A) and a distal end (2B) of the bipolar plate (2), the bipolar plate (2) comprising - wells (21) for feeding and discharging fluid arranged in a proximal region (20A) and a distal region (20B) of the bipolar plate (2), - primary fluid delivery channels (24) and fluid-carrying fluid secondary channels (25) providing fluid circulation between the proximal region (20A) and the distal region (20B) of the bipolar plate (2), said primary channels (24) being formed between said assembled plates, - a central region (20C), wherein the primary channels (24) ) and secondary (25) perform a circul fluidization in the longitudinal direction of the bipolar plate (2), the bipolar plate (2) being characterized in that it comprises a proximal distribution zone (30A) and a distal distribution zone (30B), arranged respectively between the proximal region (20A) and the central region (20C), and between the distal region (20B) and the central region (20C), wherein the assembled plates also form primary distribution channels configured to perform a distribution of fluid between the primary channels (24). 2. Plaque bipolaire (2) selon la revendication 1, dans laquelle lesdits canaux primaires de distribution sont des canaux aménagés entre des canaux primaires (24) adjacents, selon une direction transversale (Y-Y) de la plaque bipolaire (2), perpendiculaire à la direction longitudinale (X-X). 3035543 15The bipolar plate (2) according to claim 1, wherein said primary distribution channels are channels arranged between adjacent primary channels (24), in a transverse direction (YY) of the bipolar plate (2), perpendicular to the longitudinal direction (XX). 3035543 15 3. Plaque bipolaire (2) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans laquelle lesdits canaux primaires de distribution sont formés en maintenant espacées les tôles formant la plaque bipolaire (2) dans les zones de distribution proximale (30A) et distale (30B). 5The bipolar plate (2) according to one of claims 1 or 2, wherein said primary distribution channels are formed by keeping the plates forming the bipolar plate (2) spaced apart in the proximal (30A) and distal (30A) distribution zones ( 30B). 5 4. Plaque bipolaire (2) selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle dans la zone de distribution proximale (30A) et dans la zone de distribution distale (30B), les tôles assemblées forment également des canaux secondaires de distribution configurés de manière à réaliser une 10 distribution de fluide entre les canaux secondaires (25)4. bipolar plate (2) according to one of claims 1 to 3, wherein in the proximal distribution zone (30A) and in the distal distribution zone (30B), the assembled plates also form configured secondary distribution channels in order to achieve a fluid distribution between the secondary channels (25) 5. Plaque bipolaire (2) selon la revendication 4, dans laquelle lesdits canaux secondaires de distribution sont des canaux aménagés entre des canaux secondaires (24) adjacents, selon une direction transversale (Y- 1 5 Y) de la plaque bipolaire (2), perpendiculaire à la direction longitudinale (X-X).Bipolar plate (2) according to claim 4, wherein said secondary distribution channels are channels arranged between adjacent secondary channels (24), in a transverse direction (Y-1 5 Y) of the bipolar plate (2). perpendicular to the longitudinal direction (XX). 6. Plaque bipolaire (2) selon l'une des revendications 1 à 5, dans laquelle les zones de distribution proximale (30A) et distale (30B) 20 comprennent des renforts mécaniques adaptés pour s'opposer à un effort de compression selon une direction normale à la plaque bipolaire (2).6. bipolar plate (2) according to one of claims 1 to 5, wherein the proximal (30A) and distal (30B) distribution zones 20 comprise mechanical reinforcements adapted to oppose a compression force in one direction normal to the bipolar plate (2). 7. Plaque bipolaire (2) selon la revendication 6, dans laquelle lesdits 25 renforts mécaniques sont réalisés en matériau conducteur, et réalisent une connexion électrique entre les tôles formant la plaque bipolaire (2).The bipolar plate (2) according to claim 6, wherein said mechanical reinforcements are made of conductive material, and provide an electrical connection between the laminations forming the bipolar plate (2). 8. Plaque bipolaire (2) selon l'une des revendications 1 à 7, dans laquelle les zones de distribution proximale (30A) et distale (30B) 30 présentent une forme générale rectangulaire, ou de pentagone.Bipolar plate (2) according to one of claims 1 to 7, wherein the proximal (30A) and distal (30B) distribution zones 30 have a generally rectangular, or pentagon shape. 9. Pile à combustible comprenant un empilement selon une direction normale d'une pluralité de cellules élémentaires disposées entre deux 3035543 16 plaques terminales, chaque cellule élémentaire comprenant des plaques bipolaires (2) selon l'une des revendications 1 à 8 et un assemblage membrane-électrodes, les renforts mécaniques desdites plaques bipolaires (2) s'opposant à un effort de compression appliqué sur 5 l'empilement selon la direction normale.9. Fuel cell comprising a stack in a normal direction of a plurality of elementary cells arranged between two terminal plates, each elementary cell comprising bipolar plates (2) according to one of claims 1 to 8 and a membrane assembly -electrodes, the mechanical reinforcements of said bipolar plates (2) opposing a compression force applied on the stack in the normal direction. 10. Pile à combustible selon la revendication 9, dans laquelle lesdites plaques bipolaires (2) formant l'empilement sont identiques. 1010. Fuel cell according to claim 9, wherein said bipolar plates (2) forming the stack are identical. 10 11. Pile à combustible selon la revendication 9, dans laquelle lesdites plaques bipolaires (2) formant l'empilement sont constituées de deux tôles formées identiques au moyen d'un même outillage de me en forme.11. Fuel cell according to claim 9, wherein said bipolar plates (2) forming the stack consist of two identical formed sheets by means of the same tool shaped me.
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