FR3037191A1 - Procede de fabrication d'une pile a combustible compacte et pile a combustible associee - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'une pile à combustible (1), comprenant les étapes de : -fourniture d'un assemblage membrane/électrodes incluant une membrane échangeuse de protons, et fourniture de première et deuxième structures de support (23,27) ; -positionnement de l'assemblage membranes/électrodes entre les première et deuxième structures de support (23, 27) ; -déformation élastique de la première structure de support (23) en flexion ; -fixation de la première structure de support à la deuxième structure de support (27) de façon à comprimer l'assemblage membrane/électrodes entre les première et deuxième structures de support et de façon à maintenir une déformation élastique en flexion de la première structure de support (23).

Description

1 PROCEDE DE FABRICATION D'UNE PILE A COMBUSTIBLE COMPACTE ET PILE A COMBUSTIBLE ASSOCIEE L'invention concerne notamment les piles à combustible à membrane 5 d'échange de protons, et en particulier la conception et l'assemblage d'une pile à combustible en vue de favoriser sa compacité et réduire son épaisseur. Les piles à combustible sont notamment envisagées comme source d'énergie auxiliaire dans l'aéronautique ou encore comme source d'alimentation pour des applications telles que les exosquelettes, ce qui permet par exemple 10 de disposer d'une assistance à des opérateurs sans émission de gaz nocifs. Une pile à combustible est un dispositif électrochimique qui convertit de l'énergie chimique directement en énergie électrique. Parmi les types de piles à combustible connus, on peut notamment citer la pile à combustible à membrane d'échange de protons, dite PEM, fonctionnant 15 à basse température. De telles piles à combustible présentent des propriétés de compacité particulièrement intéressantes. Chaque cellule d'une pile à combustible 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 20 former un assemblage membrane/électrodes dit AME. Une pile à combustible comprend généralement un empilement en série de plusieurs cellules. Chaque cellule génère typiquement une tension de l'ordre de 1 Volt, et leur empilement permet de générer une tension d'alimentation d'un niveau plus élevé, par exemple de l'ordre de plusieurs dizaines de volts. 25 Pour certaines applications, un tel empilement de cellules induit un certain nombre de problèmes. D'une part, un refroidissement est nécessaire entre les cellules, en vue de dissiper la chaleur produite au niveau des cellules au coeur de l'empilement. Un tel refroidissement induit un volume et un poids important de la pile à combustible pour une puissance donnée. D'autre part, le 30 maintien de l'étanchéité de l'empilement est délicat à réaliser, du fait de l'empilement de composants en matériaux très disparates et présentant des tolérances de fabrication très différentes. Le maintien de l'étanchéité implique généralement l'utilisation de plaques de serrage rigides aux extrémités de l'empilement, en vue d'assurer une homogénéité du serrage des cellules. Du fait 35 des efforts de serrage devant être appliqués sur ces plaques, ces plaques sont dimensionnées pour rester le plus planes possibles, afin d'appliquer des pressions homogènes. Le dimensionnement de ces plaques aboutit généralement à des pièces relativement lourdes et encombrantes. La pile à combustible peut alors s'avérer incompatible avec certaines applications telles ICG10980-DD15799ST FR DepotTexte.doc 3037191 2 que les exosquelettes, où la pile à combustible doit rester relativement compacte et légère tout en fournissant une puissance électrique suffisante. L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. L'invention porte ainsi sur un procédé de fabrication d'une pile à combustible, 5 comprenant les étapes de : -fourniture d'un assemblage membrane/électrodes incluant une membrane échangeuse de protons, et fourniture de première et deuxième structures de support; -positionnement de l'assemblage membranes/électrodes entre les 10 première et deuxième structures de support; -déformation élastique de la première structure de support en flexion ; -fixation de la première structure de support à la deuxième structure de support de façon à comprimer l'assemblage membrane/électrodes entre les première et deuxième structures de support et de façon à maintenir une 15 déformation élastique en flexion de la première structure de support. Selon une variante, le procédé comprend en outre une étape de déformation élastique de la deuxième structure de support en flexion de façon à maintenir une déformation élastique en flexion de la deuxième structure de support à l'issue de l'étape de fixation. 20 Selon encore une variante, ladite première structure de support fournie inclut un collecteur de courant en contact électrique avec une électrode de l'assemblage membrane/électrodes. Selon une autre variante, ladite première structure de support fournie comporte un substrat isolant sur lequel un circuit électronique est fixé, le 25 substrat présentant une face comportant au moins un placage métallique en contact électrique avec une électrode de l'assemblage membrane/électrodes. Selon encore une autre variante, ladite face du substrat comporte plusieurs placages métalliques isolés les uns par rapport aux autres, des cellules respectives de piles à combustible étant formées à l'aplomb desdits 30 placages métalliques après ladite étape de fixation, ledit circuit électronique étant configuré pour connecter au moins deux desdites cellules en série. Selon une variante, une face interne de la première structure de support fournie comporte une surface en contact électrique avec une électrode de l'assemblage membrane/électrodes, cette surface étant incluse dans un plan en 35 l'absence de sollicitation mécanique de ladite première structure de support. Selon une autre variante, une face interne de la première structure de support fournie comporte une surface en contact électrique avec une électrode de l'assemblage membrane/électrodes, cette surface étant incluse dans une ICG10980-DD15799ST FR DepotTexte.doc 3037191 3 surface géométrique présentant un rayon de courbure au moins égal à 200mm en l'absence de sollicitation mécanique de ladite première structure de support. Selon encore une variante, ladite déformation élastique en flexion de la première structure de support comporte une flèche au moins égale à 2 mm.

Selon encore une autre variante, la déformation élastique en flexion maintenue sur la première structure de support fixée à la deuxième structure de support induit une compression de l'assemblage membrane/électrodes au moins égale à 0,5 MPa. Selon une variante, un unique assemblage membrane/électrodes est 10 positionné entre lesdites première et deuxième structures de support préalablement à ladite étape de fixation. L'invention porte en outre sur une pile à combustible, comprenant : -un assemblage membrane/électrodes incluant une membrane échangeuse de protons ; 15 -des première et deuxième structures de support entre lesquelles l'assemblage membrane/électrodes est positionnée, la première structure de support étant fixée à la deuxième structure de support de façon à comprimer l'assemblage membrane/électrodes et de façon à maintenir une déformation élastique en flexion de la première structure de support.

20 Selon une variante, ladite première structure de support inclut un collecteur de courant en contact électrique avec une électrode de l'assemblage membrane/électrodes. Selon encore une variante, ladite première structure de support comporte un substrat isolant sur lequel un circuit électronique est fixé, le substrat 25 présentant une face comportant au moins un placage métallique en contact électrique avec une électrode de l'assemblage membrane/électrodes. Selon une variante, une face interne de la première structure de support comporte une surface en contact électrique avec une électrode de l'assemblage membrane/électrodes, cette surface étant incluse dans une surface géométrique 30 présentant un rayon de courbure au moins égal à 200mm en l'absence de sollicitation mécanique de ladite première structure de support. Selon encore une autre variante, ladite déformation élastique en flexion de la première structure de support fixée à la deuxième structure de support comporte une flèche au moins égale à 2 mm.

35 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : ICG10980-DD15799ST FR DepotTexte.doc 3037191 4 -la figure 1 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un exemple de mode de réalisation d'une pile à combustible selon l'invention ; -la figure 2 est une vue en coupe transversale schématique et partielle de la pile à combustible de la figure 1 ; 5 -la figure 3 illustre est une vue de dessous d'un exemple de structure de support pour une pile à combustible selon l'invention ; -les figures 4 à 7 sont des vues en coupe longitudinales de différentes étapes d'un procédé d'assemblage d'une pile à combustible selon l'invention, utilisant une première variante de structure de support ; -les figures 8 et 9 sont des vues en coupe longitudinale d'une deuxième variante de structure de support, respectivement au repos et en flexion. La figure 1 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un exemple de mode de réalisation d'une pile à combustible 1 selon l'invention. La figure 2 est une vue en coupe transversale de cette pile à combustible 1. La pile à combustible 1 comporte un assemblage membrane/électrodes (ou AME). L'assemblage membrane/électrodes comporte notamment une membrane échangeuse de protons 21 formant un électrolyte solide. La membrane échangeuse de protons 21 comporte des électrodes sur ses deux faces pour délimiter différentes cellules électrochimiques adjacentes. Des cellules électrochimiques 11, 12 et 13 adjacentes sont notamment délimitées dans différentes zones de l'assemblage membrane/électrodes. Au niveau de la cellule électrochimique 11, une anode 112 et une cathode 113 sont fixées sur des faces respectives de la membrane 21. Des couches de diffusion gazeuse 111 et 114 sont en contact respectivement avec l'anode 112 et la cathode 113. Au niveau de la cellule électrochimique 12, une anode 122 et une cathode 123 sont fixées sur les faces respectives de la membrane 21. Des couches de diffusion gazeuse 121 et 124 sont en contact respectivement avec l'anode 122 et la cathode 123. Au niveau de la cellule électrochimique 13, une anode 132 et une cathode 133 sont fixées sur les faces respectives de la membrane 21. Des couches de diffusion gazeuse 131 et 134 sont en contact respectivement avec l'anode 132 et la cathode 133. Les compositions respectives de la membrane, de l'anode, de la cathode et des couches de diffusion gazeuse sont connues en soi de l'homme du métier. Des couches de renfort 22 sont fixées à la périphérie de la membrane 21. L'assemblage membrane/électrodes est comprimé entre deux structures de support 23 et 27. Les structures de support 23 et 27 comportent notamment des canaux d'écoulement 231. Les canaux d'écoulement 231 sont ménagés en relief les structures de support 23 et 27. La structure de support 27 est ainsi ICG10980-DD15799ST FR DepotTexte.doc 3037191 5 destinée à guider l'écoulement du carburant entre un collecteur d'entrée de carburant et un collecteur d'échappement, l'autre structure de support 23 étant destinée à guider l'écoulement de l'air et de l'eau générée entre un collecteur d'entrée d'air et un collecteur d'échappement.

5 Les structures de support 23 et 27 ont également pour fonction de collecter le courant électrique traversant les différentes cellules électrochimiques. Des surfaces conductrices 232 sont ménagées sur une face interne de chaque structure de support 23 et 27. Les surfaces conductrices 232 sont formées au sommet d'éléments saillants 233. Les surfaces conductrices 10 232 sont en contact électrique avec des électrodes respectives, par l'intermédiaire de couches de diffusion gazeuse respectives. A l'aplomb d'une cellule électrochimique, chaque structure de support 23 et 27 comporte ainsi une alternance de canaux d'écoulement 231 et de surfaces conductrices 232. Les surfaces conductrices 232 sont ici formées de placages métalliques 15 fixés sur un substrat isolant 238 des structures de support 23 et 27. Les surfaces conductrices 232 peuvent être formées sur un substrat isolant 238 par tout processus industriel approprié, connu en soi de l'homme du métier Le substrat isolant 238 peut par exemple être un substrat sur lequel sont ménagés des circuits imprimés. Un circuit électronique 3 détaillé ultérieurement est 20 également fixé au substrat 238 de la structure de support 23 et relié à des circuits imprimés du substrat 238. Un collecteur d'entrée est connecté à une source de carburant non illustrée, typiquement du dihydrogène. Un autre collecteur d'entrée est connecté 25 à une source d'air, contenant de l'oxygène utilisé comme oxydant. Des collecteurs d'échappement sont également ménagés afin de permettre respectivement la récupération de l'eau générée par la réaction, et du dihydrogène en excédent et également de contrôler la pression de sortie. Un collecteur d'entrée et un collecteur d'échappement sont ici illustrés par une 30 même référence 24. Ces collecteurs 24 sont ménagés à travers les renforts 22 et les structures de support 23 et 27. De façon connue en soi, durant le fonctionnement de la pile à combustible 1, de l'air s'écoule entre l'AME et la structure de support 23, et du 35 dihydrogène s'écoule entre l'AME et la structure de support 27. La réaction électrochimique sera détaillée dans la première cellule électrochimique 11 : au niveau de l'anode 112, le dihydrogène est ionisé pour produire des protons qui traversent l'AME. Les électrons produits par cette réaction sont collectés par la structure support 27, par l'intermédiaire de la couche de diffusion gazeuse 111. ICG10980-DD15799ST FR DepotTexte.doc 3037191 6 Les électrons produits sont ensuite appliqués sur une charge électrique connectée à la pile à combustible 1 pour former un courant électrique. Au niveau de la cathode 113, de l'oxygène est réduit et réagit avec les protons pour former de l'eau. Les réactions au niveau de l'anode et de la cathode sont régies 5 comme suit : 2H+ + 2u- au niveau de l'anode ; 1114- + 4e- + Q- 211)0 au niveau de la cathode. Le matériau catalyseur utilisé à l'anode 112 de l'AME est 10 avantageusement du platine, pour ses excellentes performances catalytiques. Durant son fonctionnement, une cellule électrochimique de la pile à combustible génère usuellement une tension continue entre l'anode et la cathode de l'ordre de 1V. Dans cet exemple de mode de réalisation, la pile à combustible 1 comporte une unique épaisseur d'assemblage membrane/électrodes entre deux 15 structures de support 23 et 27. Le circuit électronique 3 est avantageusement connecté à différentes surfaces conductrices 232. Le circuit électronique 3 connecte avantageusement plusieurs cellules électrochimiques en série, afin de permettre la génération d'une tension continue relativement élevée à partir d'une unique couche d'assemblage membrane/électrodes.

20 Des cellules électrochimiques adjacentes devant être connectées en série, les anodes (et de façon similaire les cathodes) des cellules électrochimiques adjacentes sont isolées électriquement les unes par rapport aux autres. Comme illustré à la figure 1 : 25 -des joints 25 sont interposés entre la cathode 113 et la couche de diffusion gazeuse 114 d'une part, et la cathode 123 et la couche de diffusion gazeuse 124 d'autre part ; -des joints 25 sont interposés entre l'anode 112 et la couche de diffusion gazeuse 111 d'une part, et l'anode 122 et la couche de diffusion gazeuse 121 30 d'autre part ; -un des joints 25 est comprimé entre la structure de support 23 et la membrane 21, l'autre joint 25 est comprimé entre la structure de support 27 et la membrane 21. La continuité des écoulements entre les cellules électrochimiques 11 et 12 est garantie par les canaux d'écoulement s'étendant à 35 l'aplomb des joints 25. Comme illustré à la figure 2 : -des joints 26 sont interposés entre la cathode 113 et la couche de diffusion gazeuse 114 d'une part, et la cathode 133 et la couche de diffusion gazeuse 134 d'autre part ; ICG10980-DD15799ST FR DepotTexte.doc 3037191 7 -des joints 26 sont interposés entre l'anode 112 et la couche de diffusion gazeuse 111 d'une part, et l'anode 132 et la couche de diffusion gazeuse 131 d'autre part ; -un des joints 26 est comprimé entre la structure de support 23 et la 5 membrane 21, l'autre joint 26 est comprimé entre la structure de support 27 et la membrane 21. Dans la configuration assemblée illustrée aux figures 1 et 2, la structure de support 23 est fixée à la structure de support 27 par des composants non 10 illustrés. Dans cette configuration assemblée, la structure de support 23 et la structure de support 27 sont en pratique maintenues avec une déformation élastique en flexion, de sorte que le rappel de cette déformation élastique induit un effort de compression des structures de support sur l'assemblage membrane/électrodes. Ainsi, alors qu'une pile à combustible de l'état de la 15 technique incite à utiliser des éléments rigides pour comprimer les empilements d'assemblages membrane/électrodes, l'invention propose de faire appel à au moins une structure de support flexible. Ainsi, un effort de compression peut être exercé sur l'assemblage membrane/électrodes de façon efficace, sans nécessiter d'intégrer deux plaques 20 de serrage rigides. Pour une puissance donnée, le volume et le poids de la pile à combustible 1 peuvent ainsi être réduits. La figure 3 est une vue de dessous de la structure de support 23. La structure de support 23 comporte des orifices traversants 237 destinés au 25 passage d'organes de fixation avec l'autre structure de support 27. La structure de support 23 comporte par ailleurs des orifices traversants 234 contribuant à délimiter les collecteurs 24 pour le circuit d'air. Les orifices traversants 234 sont en communication avec les canaux d'écoulement 231. La structure de support 23 comporte en outre des orifices traversants 239 contribuant à délimiter 30 d'autres collecteurs pour le circuit d'hydrogène. Les traits discontinus délimitent des zones dans lesquelles des surfaces métalliques sont formées en surface du substrat 238, sur une face interne. Comme illustré, ces zones sont disjointes pour différentes cellules électrochimiques.

35 Les figures 4 à 7 illustrent différentes étapes d'un exemple de procédé de fabrication d'une pile à combustible incluant des structures de support selon une première variante. À la figure 4, on fournit une structure de support 27 telle que décrite précédemment. La structure de support 27 comporte des extrémités axiales 235 ICG10980-DD15799ST FR DepotTexte.doc 3037191 8 sensiblement plates. Ses extrémités axiales 235 sont reliées par une partie médiane 236. Les canaux d'écoulement 231 sont ménagés dans la partie médiane. Les éléments saillants 233 ainsi que les surfaces conductrices 232 sont également ménagés dans la partie médiane.

5 En l'absence de sollicitation mécanique, la partie médiane 236 de la structure de support 27 présente une courbure et forme une partie convexe. En l'absence de sollicitation mécanique de la structure de support 27, les surfaces conductrices 232 peuvent être incluses dans une surface définie par une courbe génératrice, par exemple une surface cylindrique. On peut également envisager 10 que les surfaces conductrices 232 soient incluses dans une surface sphérique. Le rayon de courbure de la surface incluant les surfaces conductrices 232 peut être constant ou variable. Avantageusement, le rayon de courbure de cette surface est au moins égal à 200 mm afin de favoriser une homogénéité de la compression exercée par la déformation en flexion de la structure de support 15 27. Le rayon de courbure de cette surface est avantageusement au plus égal à 2000mm afin de garantir une déformation par flexion suffisante de la structure de support 27. Les extrémités 235 et les bords de la partie médiane 236 comportent un joint 7, en contact sur la face dans laquelle les canaux d'écoulement 231 sont 20 ménagés. Les orifices traversants 237 pour la fixation de la structure de support 27 sont ménagés dans les extrémités 235 de la structure de support 27. À la figure 5, on fournit un assemblage membrane/électrodes 4 comportant une structure similaire à celle décrite en référence aux figures 1 et 2. L'assemblage membrane/électrodes 4 est placé en contact avec la structure de 25 support 27, plus particulièrement avec la partie convexe de la partie médiane 236. Les couches de diffusion gazeuse d'une face de l'assemblage membrane/électrodes 4 sont par exemple placées en contact avec les surfaces conductrices 232 de la structure de support 27. Les orifices traversants 237 de la structure de support 27 sont positionnés en vis-à-vis d'orifices traversant de 30 l'assemblage membrane/électrodes 4. Les orifices traversants 234 et 239 sont également positionnés en vis-à-vis d'orifices traversants de l'assemblage membrane/électrodes 4. À la figure 6, on fournit une structure de support 23 telle que décrite précédemment. La structure de support 23 présente sensiblement la même 35 configuration que la structure de support 27. La structure de support 23 comporte ainsi des extrémités 235 reliées par une partie médiane 236, un joint 7 étant fixé sur les extrémités 235 et sur les bords de la partie médiane 236. En l'absence de sollicitation mécanique de la structure du support 27, la partie médiane 236 présente une courbure. Les surfaces conductrices de la structure ICG10980-DD15799ST FR DepotTexte.doc 3037191 9 de support 23 sont incluses dans une surface définie par une courbe génératrice. La structure de support 23 (et plus particulièrement la partie convexe de la partie médiane 236) est placée en contact avec l'assemblage membrane/électrodes 4. Les couches de diffusion gazeuse de la face 5 supérieure de l'assemblage membrane/électrodes 4 sont par exemple sans contact avec les surfaces conductrices de la structure de support 23. Les orifices traversants de la structure de support 23 sont positionnés en vis-à-vis d'orifices traversants de l'assemblage membrane/électrodes 4. L'assemblage membrane/électrodes 4 est alors positionné entre les structures de support 23 10 et 27. À la figure 7, on a procédé à la déformation élastique en flexion de la structure de support 23 et de la structure de support 27. Des structures de support 23 et 27 sont par exemple déformées élastiquement en flexion jusqu'à ce que les surfaces conductrices soient sensiblement incluses dans un plan.

15 Les structures de support 23 et 27 sont fléchies jusqu'à ce que les joints 7 soient en contact avec la périphérie de l'assemblage membrane/électrodes 4, en l'occurrence avec les renforts de cet assemblage membrane/électrodes 4. Les surfaces conductrices des structures de support 23 et 27 viennent alors se plaquer contre l'ensemble des couches de diffusion gazeuse d'une face de 20 l'assemblage membrane/électrodes 4. Les contraintes induites par la déformation élastique en flexion des structures de support 23 et 27 induisent une compression de l'assemblage membrane/électrodes 4. Les structures de support 23 et 27 sont fixées l'une à l'autre de façon à comprimer l'assemblage membrane/électrodes entre elles, et de façon à 25 conserver une déformation élastique de ces structures de support 23 et 27. Le maintien d'une déformation élastique de structure de support 23 et 27 est ici obtenu au moyen d'organes de fixation telle que des vis 6, au moyen desquels on rapproche les extrémités 235 d'un support 27 des extrémités 235, alors que le rapprochement de leurs parties médianes 236 est limité par la présence de 30 l'assemblage membrane/électrodes 4. Les corps des vis 6 traversent les orifices 237 des structures de support 23 et 27. D'autres organes de fixation 6 entre les structures de support 23 et 27 peuvent être utilisés, par exemple des rivets, ou des arbres traversant des structures de support 23 et 27 et sollicitant ces structures 23 et 27 pour les 35 déformer élastiquement en flexion. Avantageusement, à l'issue de la fixation de la structure de support 23 à la structure de support 27, la déformation élastique en flexion de chaque structure de support 23 ou 27 comporte une flèche au moins égale à 2 mm. En ICG10980-DD15799ST FR DepotTexte.doc 3037191 10 utilisant des structures de support 23 et 27 incluant un substrat isolant 238, on peut par exemple choisir un matériau de substrat tel qu'une résine époxyde renforcée de fibre de verre type FR-4, présentant un module d'élasticité de 17 GPa et réalisé avec une épaisseur de 4 mm d'épaisseur (épaisseur considérée 5 entre une face externe de la structure de support et le sommet des éléments saillants 233). En fonction de la taille de la pile à combustible 1 et du matériau choisi pour le substrat 238, l'épaisseur choisie pour ce substrat est avantageusement comprise entre 2 et 30 mm. La déformation élastique en flexion maintenue sur les structures de 10 support 23 et 27 induit avantageusement une compression de l'assemblage membrane/électrodes d'au moins 0,5 MPa (et de préférence au moins 1 MPa), par exemple à l'aplomb des parties médianes 236, au niveau desquelles se situe la flèche de la déformation en flexion.

15 Dans le procédé détaillé auparavant, la déformation élastique en flexion est réalisée simultanément avec la fixation mutuelle des structures de support 23 et 27. On peut également envisager qu'une ou les deux structures de support soit déformées élastiquement en flexion préalablement à l'étape de fixation.

20 Les figures 8 et 9 illustrent une autre variante de structure de support 27, respectivement en l'absence de sollicitation mécanique, et lors de l'application d'une déformation élastique en flexion. La structure de support 27 comporte des extrémités axiales 235 sensiblement plates. Ses extrémités axiales 235 sont reliées par une partie 25 médiane 236. Les canaux d'écoulement 231 sont ménagés dans la partie médiane 236. Les éléments saillants 233 ainsi que les surfaces conductrices 232 sont également ménagés dans la partie médiane. En l'absence de sollicitation mécanique, les surfaces conductrices 232 sont incluses dans une surface plane.

30 Les extrémités 235 et les bords de la partie médiane 236 comportent un joint 7, en contact sur la face dans laquelle les canaux d'écoulement 231 sont ménagés. Les orifices traversants 237 pour la fixation de la structure de support 27 sont ménagés dans les extrémités 235 de la structure de support 27. A la figure 9, des arbres 6 ont été introduits dans les orifices 237. Par un 35 pivotement approprié des arbres 6, la partie médiane 236 est fléchie, de façon à former une partie convexe. En fixant cette structure de support 27, à la structure de support 23, on peut maintenir une flexion de la partie médiane, de façon à comprimer un assemblage membrane/électrodes à positionner entre les structures de support 23 et 27. ICG10980-DD15799ST FR DepotTexte.doc 3037191 11 Une telle flexion peut par exemple être obtenue en utilisant des orifices traversants ne se superposant pas parfaitement. La structure de support 23 peut par exemple présenter un écartement longitudinal entre ses orifices 237 inférieur à l'écartement longitudinal des orifices 237 de la structure de support 5 27. Un arbre 6 traversant à la fois un orifice 237 de la structure 27 et un orifice 237 de la structure 23 sera ainsi maintenu dans une configuration forçant une flexion de la partie médiane 236 de la structure 27. L'utilisation d'une pile à combustible comportant un unique assemblage 10 membrane/électrodes dans son épaisseur permet de favoriser son refroidissement sans nécessiter de circuit d'écoulement de fluide, ce qui permet d'accroître sa compacité pour une puissance donnée. Une telle configuration permet aussi plus facilement d'épouser des formes complexes d'un système à alimenter auquel la pile est accolée. L'invention peut cependant également être 15 utilisée en combinaison avec un empilement de plusieurs assemblages membrane/électrodes. Dans les exemples illustrés, les canaux d'écoulement des fluides sont de type à écoulement direct, c'est-à-dire que l'entrée et la sortie d'un canal d'écoulement sont directement en communication et que la distance entre 20 l'entrée et la sortie d'un canal d'écoulement est du même ordre de grandeur que la distance curviligne parcourue par le fluide dans ce canal d'écoulement. On peut cependant également utiliser des canaux d'écoulement du type interdigité, ou du type à serpentin dans le cadre de l'invention. Dans les exemples illustrés, les structures de support 23 et 27 25 positionnées de part et d'autre de l'assemblage membrane/électrodes 4 sont des plaques déformables en flexion. On peut cependant également envisager de remplacer l'une des structures de support par une structure rigide telle qu'une plaque de serrage usuellement intégrée dans des empilements de pile à combustible. Une structure rigide permet notamment d'appliquer des efforts 30 maintenant l'autre structure de support en flexion par l'intermédiaire d'éléments de fixation mutuelle. Dans les exemples illustrés, les structures de support fléchissent autour d'un unique axe, ici un axe transversal par rapport à la direction des canaux d'écoulement. On peut cependant également envisager que les structures de 35 support fléchissent autour d'un autre axe, par exemple un axe parallèle aux canaux d'écoulement. ICG10980-DD15799ST FR DepotTexte.doc

Claims (15)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une pile à combustible (1), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : -fourniture d'un assemblage membrane/électrodes (4) incluant une membrane échangeuse de protons, et fourniture de première et deuxième structures de support (23,27) ; -positionnement de l'assemblage membranes/électrodes (4) entre les première et deuxième structures de support (23, 27) ; -déformation élastique de la première structure de support (23) en flexion ; -fixation (6) de la première structure de support à la deuxième structure de support (27) de façon à comprimer l'assemblage membrane/électrodes (4) entre les première et deuxième structures de support et de façon à maintenir une déformation élastique en flexion de la première structure de support (23).
2. 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, comprenant en outre une étape de déformation élastique de la deuxième structure de support (27) en flexion de façon à maintenir une déformation élastique en flexion de la deuxième structure de support à l'issue de l'étape de fixation.
3. 3. Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ladite première structure de support (23) fournie inclut un collecteur de courant (232) en contact électrique avec une électrode (133) de l'assemblage membrane/électrodes (4).
4. 4. Procédé de fabrication selon la revendication 3, dans lequel ladite première structure de support fournie comporte un substrat isolant (238) sur lequel un circuit électronique (3) est fixé, le substrat (238) présentant une face comportant au moins un placage métallique (232) en contact électrique avec une électrode (133) de l'assemblage membrane/électrodes (4).
5. 5. Procédé de fabrication selon la revendication 4, dans lequel ladite face du substrat (238) comporte plusieurs placages métalliques (232) isolés les uns par rapport aux autres, des cellules respectives (11, 12,13) de piles à combustible étant formées à l'aplomb desdits placages métalliques (232) après ladite étape de fixation, ledit circuit électronique étant configuré pour connecter au moins deux desdites cellules en série.
6. 6. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel une face interne de la première structure de support fournie (23) comporte une surface (232) en contact électrique avec une électrode (133) de l'assemblage membrane/électrodes (4), cette surface étant incluse dans ICG10980-DD15799ST FR DepotTexte.doc 3037191 13 un plan en l'absence de sollicitation mécanique de ladite première structure de support.
7. 7. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans 5 lequel une face interne de la première structure de support fournie (23) comporte une surface (232) en contact électrique avec une électrode (133) de l'assemblage membrane/électrodes (4), cette surface étant incluse dans une surface géométrique présentant un rayon de courbure au moins égal à 200mm en l'absence de sollicitation mécanique de ladite première structure 10 de support.
8. 8. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite déformation élastique en flexion de la première structure de support (23) comporte une flèche au moins égale à 2 15 mm.
9. 9. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la déformation élastique en flexion maintenue sur la première structure de support (23) fixée à la deuxième structure de support 20 induit une compression de l'assemblage membrane/électrodes (4) au moins égale à 0,5 MPa.
10. 10. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un unique assemblage membrane/électrodes (4) 25 est positionné entre lesdites première et deuxième structures de support (23) préalablement à ladite étape de fixation.
11. 11. Pile à combustible (1), caractérisé en ce qu'elle comprend : -un assemblage membrane/électrodes (4) incluant une membrane échangeuse 30 de protons ; -des première et deuxième structures de support (23, 27) entre lesquelles l'assemblage membrane/électrodes (4) est positionnée, la première structure de support étant fixée à la deuxième structure de support de façon à comprimer l'assemblage membrane/électrodes (4) et de façon à maintenir une déformation 35 élastique en flexion de la première structure de support (23).
12. 12. Pile à combustible selon la revendication 11, dans laquelle ladite première structure de support (23) inclut un collecteur de courant (232) en contact électrique avec une électrode (133) de l'assemblage membrane/électrodes 40 (4). ICG10980-DD15799ST FR DepotTexte.doc 3037191 14
13. 13. Pile à combustible selon la revendication 12, dans laquelle ladite première structure de support (23) comporte un substrat isolant (238) sur lequel un circuit électronique est fixé (3), le substrat (238) présentant une face comportant au moins un placage métallique (232) en contact électrique avec 5 une électrode (133) de l'assemblage membrane/électrodes (4).
14. 14. Pile à combustible selon la revendication 12 ou 13, dans lequel une face interne de la première structure de support (23) comporte une surface (232) en contact électrique avec une électrode (133) de l'assemblage 10 membrane/électrodes (4), cette surface étant incluse dans une surface géométrique présentant un rayon de courbure au moins égal à 200mm en l'absence de sollicitation mécanique de ladite première structure de support.
15. 15. Pile à combustible selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, dans 15 laquelle ladite déformation élastique en flexion de la première structure de support (23) fixée à la deuxième structure de support comporte une flèche au moins égale à 2 mm. ICG10980-DD15799ST FR DepotTexte.doc