FR3037444A1 - Assemblage membrane/electrodes pour un reacteur electrochimique - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un assemblage membrane/électrodes (6) pour un réacteur électrochimique (4), comportant : - une membrane (20) échangeuse de protons ; - un renfort (26) comportant au moins une couche de renfort (26'), ce renfort comportant : • une partie centrale évidée (28) ; • une interface de connexion (44) ménagée sur une périphérie externe de la couche de renfort, au moins une borne de connexion (42) étant solidaire de cette interface; • au moins une piste électriquement conductrice (40), solidaire d'une face d'une couche de renfort et électriquement raccordée à une borne de connexion ; - une première électrode (22), solidaire d'une face de la couche de renfort et de la membrane.

Description

1 ASSEMBLAGE MEMBRANE/ELECTRODES POUR UN REACTEUR ELECTROCHIMIQUE L'invention concerne un procédé de fabrication d'un assemblage 5 membrane/électrodes pour un réacteur électrochimique. L'invention concerne également un assemblage membrane/électrodes obtenu au moyen de ce procédé. L'invention concerne notamment les piles à combustible incluant un empilement de cellules électrochimiques, et plus particulièrement un 10 empilement incluant des plaques bipolaires et des membranes échangeuses de protons. Les piles à combustible sont notamment envisagées comme source d'énergie pour des véhicules automobiles produits à grande échelle dans le futur ou comme sources d'énergie auxiliaire dans l'aéronautique. Une pile à 15 combustible est un dispositif électrochimique qui convertit de l'énergie chimique directement en énergie électrique. Une pile à combustible comprend 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 d'une 20 centaine de volts. 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 à basse température. De telles piles à combustible présentent des propriétés de compacité particulièrement intéressantes. Chaque cellule comprend une 25 membrane électrolytique permettant seulement le passage de protons et non le passage des électrons. La cellule comprend en outre une anode sur une première face de la membrane et une cathode sur une deuxième face de la membrane pour former un assemblage membrane/électrodes (dit AME). Typiquement, une telle pile comporte un ou plusieurs capteurs en son 30 sein pour mesurer des propriétés de la pile lorsqu'elle fonctionne, telles que la tension électrique aux bornes de cette pile, la température des gaz ou le taux d'humidité des fluides en entrée et sortie de la pile. Cela permet par exemple de surveiller l'évolution des performances de la pile dans le temps pour déterminer un défaut de fonctionnement ou une dégradation des performances. 35 On connaît des piles à combustible, dans lesquels des capteurs sont fixés mécaniquement à l'intérieur de la pile, de façon à être placés au plus près de l'assemblage membrane/électrodes. Par exemple, la demande de brevet FR2887690 décrit des plaques bipolaires comprenant des logements, dans lesquels des capteurs pour mesurer une différence de potentiel électrique sont 40 insérés en force. 3037444 2 Une telle solution présente de nombreux désavantages. En particulier, ces fixations mécaniques sont souvent fragilisées lorsque la pile à combustible est soumise à des vibrations mécaniques répétées, ce qui est généralement le cas lorsqu'elle est montée à l'intérieur d'un véhicule. Par exemple, ces capteurs sont susceptibles de quitter leur logement sous l'effet de ces vibrations. Le capteur risque ainsi d'être déconnecté et sa connexion à un système informatique de traitement risque d'être alors rompue. Il en résulte alors une perte d'information qui peut être préjudiciable au bon fonctionnement de la pile à combustible.

D'autre part, à l'heure actuelle, lors de la fabrication de la pile à combustible, la réalisation de cette fixation, par exemple l'insertion du capteur dans son logement, est très souvent réalisée manuellement, car cela demande une grande précision qu'il est difficile d'obtenir par des procédés automatiques. Cette étape manuelle complique alors le procédé de fabrication de la pile de manière industrielle. L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. L'invention porte ainsi sur un assemblage membrane/électrodes pour un réacteur électrochimique, comportant : - une membrane échangeuse de protons ; - un renfort comportant au moins une couche de renfort, ce renfort comportant : - une partie centrale évidée ; - une interface de connexion ménagée sur une périphérie externe de la couche de renfort, au moins une borne de connexion étant solidaire de cette interface; - au moins une piste électriquement conductrice, solidaire d'une face d'une couche de renfort et électriquement raccordée à une borne de connexion ; - une première électrode, solidaire d'une face de la couche de renfort et de la membrane. Selon un autre mode de réalisation, ladite piste électriquement conductrice est disposée entre la couche de renfort et la première électrode.

Selon un autre mode de réalisation, la couche de renfort comporte une bande périphérique de largeur continue qui entoure ladite partie centrale évidée et un prolongement qui s'étend continûment depuis cette bande jusqu'à l'intérieur de la partie centrale évidée, ladite piste étant au moins en partie formée sur ce prolongement.

Selon un autre mode de réalisation, ladite piste électriquement conductrice s'étend sur le prolongement de la couche de renfort, en recouvrant 3037444 3 au moins partiellement une partie centrale de la première face de la membrane, cette piste formant une résistance apte à chauffer la membrane lorsqu'elle est parcourue par un courant électrique. Selon un autre mode de réalisation, l'assemblage comporte au moins un 5 capteur apte à mesurer une grandeur physique, chaque capteur étant raccordé électriquement à au moins une borne de connexion par au moins une piste électriquement conductrice. Selon un autre mode de réalisation, le capteur est un capteur de température de type thermocouple formé par la jonction de deux pistes 10 conductrices de matériaux métalliques différents Selon un autre mode de réalisation, l'assemblage comprend plusieurs plots conducteurs non isolés solidaires du renfort et en contact avec la première électrode.

15 Selon un autre aspect, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un assemblage membrane/électrodes pour un réacteur électrochimique, comportant des étapes de: - fourniture d'une membrane échangeuse de protons et d'une première électrode, 20 - fourniture d'une couche de renfort, la couche de renfort comportant une partie centrale évidée et comprenant une piste électriquement conductrice solidaire d'une de ses faces, ladite piste s'étendant jusqu'à au moins une borne de connexion d'une interface de connexion ménagée sur une périphérie externe de la couche de renfort ; 25 - solidarisation de la couche de renfort et de ladite membrane. Selon un autre mode de réalisation, la solidarisation de la membrane avec la couche de renfort comporte une étape de lamination. Selon un autre mode de réalisation, le procédé comprend une étape 30 préalable de formation de la piste électriquement conductrice par dépôt d'une encre électriquement conductrice sur une face de ladite couche de renfort. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement 35 limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : -la figure 1 illustre schématiquement et en vue éclatée une cellule d'un électrochimique d'un réacteur électrochimique comportant un assemblage membrane/électrodes ; - la figure 2 illustre schématiquement, selon une vue en coupe 40 transversale, l'assemblage membrane/électrodes de la figure 1 ; 3037444 4 - les figures 3A et 3B illustrent schématiquement une couche de renfort de l'assemblage membrane/électrodes de la figure 1, selon des vues, respectivement, de dessous et en coupe ; -la figure 4 est un organigramme illustrant schématiquement un procédé 5 de fabrication de l'assemblage membrane/électrodes de la figure 1 ; -les figures 5 à 8 illustrent schématiquement d'autres modes de réalisation de la couche de renfort de la figure 2. L'invention propose de ménager des pistes électriquement conductrices 10 sur une couche de renfort qui est destinée à venir en contact direct avec la membrane de l'AME et/ou en contact avec les électrodes. Des capteurs peuvent également être formés, placés, sur la couche de renfort. La couche de renfort peut ensuite être fixée à la membrane au cours d'un procédé classique d'assemblage des éléments du réacteur électrochimique. On évite ainsi d'avoir à 15 mettre en place une étape manuelle dans le procédé de fabrication pour insérer un fil conducteur ou des capteurs au sein de l'assemblage membrane/électrodes. En outre, on évite d'avoir recours à des fixations mécaniques pour maintenir le capteur, ce qui améliore la robustesse de la pile en cas de vibrations mécaniques. Enfin, on réduit la perte de surface active de 20 contact entre la membrane et les électrodes dans l'AME, car les pistes présentent un encombrement réduit par rapport à des conducteurs électriques rapportés. La figure 1 représente un réacteur électrochimique 2, tel qu'une pile à 25 combustible, selon une vue éclatée. Ce réacteur 2 comporte un ensemble 4, formant une cellule électrochimique. L'ensemble 4 est formé d'un assemblage membrane-électrodes 6 (noté AME) et de plaques bipolaires 8, 10 superposées entre elles de part et d'autre de l'assemblage 6. Généralement, le réacteur 2 comporte une pluralité d'ensembles identiques à l'ensemble 4 et superposés les 30 uns sur les autres. Chaque plaque 8, 10 est en contact avec deux AME. Mais, pour simplifier la description, seul l'ensemble 4 est ici décrit en détail. Les plaques 8, 10 sont configurées pour assurer l'alimentation de l'assemblage 6 en un fluide tel que du carburant ou du comburant, typiquement sous forme de gaz. Le réacteur 2 comporte en outre des sources, ou réservoirs, 35 de carburant 12 et de comburant 14. Ces sources 12 et 14 sont toutes deux reliées fluidiquement à l'ensemble 4 pour l'alimenter en carburant et en comburant. Chaque assemblage 6 comprend : 40 - une membrane échangeuse de protons 20, 3037444 5 - deux couches électrodes, formant respectivement une cathode 22 et une anode 24, - un renfort 26, formé ici de deux couches 26' et 26" superposées, dites « couches de renfort ».

5 Les couches de l'assemblage 6 sont solidarisées entre elles, par exemple au moyen d'une colle. La membrane 20 permet une conduction protonique tout en étant imperméable aux gaz présents dans l'ensemble 4. La membrane 20 empêche également le passage des électrons entre l'anode 24 et la cathode 22. La 10 membrane 20 est par exemple une couche de polymère fluoré tel que le matériau « Nafion » de la société « Du Pont ». La membrane 20 est ici de forme plane. La cathode 22 et l'anode 24 sont ici réalisées en graphite. Chacune de la cathode 22 et de l'anode 24 comporte en outre un matériau catalyseur configuré 15 pour favoriser des réactions électrochimiques. Ce matériau est généralement un métal noble, tel que du platine. Le renfort 26 présente une partie centrale 28 évidée délimitée par un bord interne 30. Les couches 26' et 26" sont jointes solidairement l'une avec l'autre sauf au niveau du bord interne 30 où elles enserrent de part et d'autre la 20 membrane 20 pour la maintenir, comme cela est illustré sur la figure 2. La partie du renfort 26 enserrant la membrane est ci-après appelée zone de recouvrement R. Ici, une face 31 de la couche 26' est en contact avec une face 33 de la couche 26". Dans cet exemple, chacune des couches 26' et 26" est une couche d'un matériau souple tel que du polyimide. Par exemple, chacune 25 des couches 26' et 26" comporte un film du matériau connu sous le nom « Kapton » de la société « Du Pont ». Ce type de matériau se prête avantageusement à la réalisation de circuits imprimés souples et donc à la réalisation de pistes conductrices imprimés sur les couches constitutives du renfort 26.

30 La cathode 22 et l'anode 24 sont fixées sur des faces extérieures 32 et 34 du renfort 26 opposées l'une à l'autre. Les faces 32 et 34 correspondent respectivement aux faces des couches 26' et 26" qui sont opposées aux faces 31 et 33. La cathode 22 et l'anode 24 sont disposées de part et d'autre des faces de la membrane 20 et sont en contact avec celle-ci grâce à l'évidement 35 28. Le renfort 26 s'étend ainsi latéralement au-delà de la membrane 20 et au-delà des couches électrodes 22 et 24. L'évidement 28 présente une superficie supérieure ou égale à 25 % de la superficie totale du renfort 26.De façon connue en soi, durant le fonctionnement du réacteur 2, du carburant s'écoule entre l'assemblage 6 et une plaque bipolaire, et du comburant s'écoule entre cet 40 assemblage et une autre plaque bipolaire. Ici, comme le réacteur 2 est une pile à combustible, le carburant est du dihydrogène et le comburant est du 3037444 6 dioxygène. L'ensemble 4 possède également ici un circuit de refroidissement (non représenté sur les figures). Selon un mode de réalisation de l'invention, le renfort 26 comporte au 5 moins une piste 40 électriquement conductrice qui est solidaire d'une des faces des couches 26' et 26". Dans cet exemple, une piste conductrice 40 est formée directement sur la face 32 de la couche 26', préalablement à l'incorporation du renfort 26 dans l'assemblage 6. Par exemple, la piste conductrice 40 est formée en déposant par impression un matériau électriquement conducteur sur la 10 couche 26'. La piste 40 est par exemple disposée entre la couche 26' et la membrane 20 au sein de l'assemblage 6, au niveau de la zone de recouvrement R. Par exemple, la piste 40 est réalisée en métal tel que du cuivre. La piste 40, et plus généralement l'ensemble des pistes conductrices décrites dans les exemples suivants, sont recouvertes d'une couche isolante 15 (« Coverlay layer » en anglais), non représentées sur les figures. Cette couche isolante permet de protéger la piste conductrice contre des réactions chimiques non souhaitées et d'éviter de relier électriquement des éléments qui n'ont pas à être reliés électriquement. Ce matériau est par exemple une couche du même matériau que celui utilisé pour former la couche 26' 20 Cette piste 40 est avantageusement raccordée électriquement à une borne de connexion 42 qui est ménagée solidairement sur une périphérie externe du renfort 26. La borne 42 est avantageusement accessible depuis l'extérieur de l'assemblage 6 et de l'ensemble 4. Dans cet exemple, la piste 40 fait le tour de la couche 26', le long de la zone de recouvrement R, les deux 25 extrémités de la piste se rejoignant au niveau de la borne de connexion 42. Des capteurs, constitués par exemple de simples plots de collecte de tensions peuvent être placés le long de la piste 40 comme cela est décrit plus en détails dans l'exemple de réalisation illustré en figure 5. Le renfort 26 comporte à cet effet une interface 44 de connexion. Ici, 30 l'interface 44 est portée par la couche 26' du renfort 26. L'interface 44 est ici formée par une excroissance de la couche 26' en forme de languette qui s'étend en saillie par rapport à un bord extérieur et de façon sensiblement coplanaire avec cette couche 26'. L'interface 44 est destinée à être accessible depuis l'extérieur de l'assemblage 6, par exemple pour recevoir un connecteur 35 électrique, tel qu'un connecteur de type ZIF (« zero insertion force » en anglais). La borne 42 est ici ménagée sur l'interface 44. Avantageusement, l'interface 44 peut comporter une pièce mécanique, solidaire de la couche 26'. Une telle pièce permet de renforcer sa rigidité et sa tenue mécanique. Par exemple, on utilise un morceau d'une plaque en résine 40 époxy telle qu'une plaque pour circuits imprimés (plaque dite « PCB » pour « Printed circuit board » en anglais).

3037444 7 Les figures 3A et 3B représentent plus en détail un exemple de réalisation de la couche 26' du renfort 26. Dans cet exemple, la couche 26' comporte une bande périphérique 50 qui entoure une zone centrale 52 de la couche 26' qui correspond sensiblement à la partie centrale évidée 28 du renfort 5 26 après assemblage. La bande 50 présente, du côté de la zone centrale 52, une bordure de forme sensiblement rectangulaire autour de la zone 52. La couche 26' comporte en outre un prolongement 54 qui s'étend depuis la bande 50 vers l'intérieur de la zone centrale 52. Le prolongement 54 s'étend continûment entre une extrémité proximale, commune à la bande 50, jusqu'à 10 une extrémité distale placée à l'intérieur de la zone 52. Le prolongement présente ici une forme rectiligne et une largeur constante. Ainsi, l'évidement 28 présente une forme essentiellement d'un rectangle auquel est retranché le prolongement 54. La bande 50 et le prolongement 54 sont séparés de l'évidement 28 par le bord intérieur 30. La piste 40 s'étend ici le long de la bande 15 50, toujours sur la face 32 de la couche 26'. La piste 40 est dans cet exemple reliée à deux bornes de connexion 42a et 42b reliées chacune à une extrémité de la piste 40 au niveau de l'interface de connexion 44. La couche 26" possède une forme analogue à la couche 26' de sorte à pouvoir être superposée et jointe à la couche 26'. En particulier, la couche 26" 20 comporte une bande périphérique identique à la bande 50 et comporte un évidement de forme rectangulaire dans sa partie centrale. Cet évidement est destiné à être superposé à l'évidement ménagé dans la couche 26' pour former l'évidement 28. En revanche, la couche 26" ne comporte pas de prolongement correspondant au prolongement 54 et ne comporte pas d'excroissance en forme 25 de languette telle celle utilisée pour l'interface 44 de la couche 26'. Selon un mode de réalisation, au moins un capteur est solidarisé à la face 32 de la couche 26', pour mesurer une grandeur physique. Les capteurs sont raccordé électriquement par un ensemble de pistes à un ensemble de bornes de connexion 42' placés au niveau de l'interface 44 sur 30 l'excroissance de la couche 26'. Il est ainsi possible de recueillir à partir des bornes 42' un signal de mesure émis par chaque capteur. Dans cet exemple, la couche 26' comporte un premier type de capteurs 56, disposés sur la face 32 de la bande 50 et permettant de mesurer des potentiels électriques au sein de l'assemblage 6. Par exemple, les capteurs 56 35 sont ici uniquement des plots d'un matériau électriquement conducteur. Ils sont par exemple réalisés dans un matériau identique à celui des pistes conductrices. Les plots métalliques ne sont pas recouverts d'un isolant et sont destinés à être mis en contact électrique avec les électrodes 22 et 24. La piste 40 est connectée électriquement à chacun des capteurs 56.

40 Les plots des capteurs 56 sont reliés à différents endroits d'une même électrode dont le potentiel peut varier légèrement d'un endroit à un autre. Le 3037444 8 potentiel de la piste 40 sera sensiblement égal à la moyenne des potentiels présents sur les plots capteurs 56. La couche 26' comporte également ici un capteur 58 de température, placé sur l'extrémité distale du prolongement 54. Le capteur 58 est par exemple 5 une sonde de température de type thermocouple, par exemple de type K. Les pistes 60 et 62 ne sont pas connectées électriquement ni entre elles ni avec la piste 40. Les pistes 60 et 62 sont ménagées sur la face 32 de la bande 50 et du prolongement 54 et sont solidaires de cette face 32. Les deux bornes de sortie du capteur 58 sont raccordées respectivement à des bornes de connexion 10 distinctes 42c et 42d par exemple identiques aux bornes 42, au moyen de deux pistes électriquement conductrices 60 et 62, par exemple réalisées en même temps que la piste 40 avec un matériau identique. Ces bornes de connexion sont de préférence ménagées sur l'interface 44. De cette façon, les signaux provenant des capteurs 56 et 58 peuvent être simplement collectés en plaçant 15 un seul connecteur (par exemple de type ZIF) sur la même interface. Un avantage de l'invention est que la piste 40 est formée sur la couche de renfort préalablement aux étapes de solidarisation des différents constituants de l'assemblage 6. Cela évite d'avoir à venir insérer des fils conducteurs dans 20 l'assemblage 6. Il en va de même pour les capteurs 56 et 58. En effet, l'insertion d'éléments rapportés dans l'assemblage est difficile à concilier avec les procédés d'assemblage industriels classiquement utilisés, du fait notamment de leur faible tolérance à des variations d'épaisseur. En outre, le montage de l'AME se retrouverait compliqué du fait qu'il serait nécessaire de venir positionner 25 manuellement un tel fil, ce qui peut endommager la membrane. De plus, cela compliquerait le procédé de fabrication car un tel fil rajouterait une surépaisseur par rapport à la membrane, impactant défavorablement les tolérances acceptables pour l'épaisseur de l'AME. Au contraire, ici, l'assemblage 6 peut être construit avec un procédé de fabrication classique sans qu'il ne soit 30 nécessaire d'imposer de grandes modifications à ce procédé. Un autre avantage est qu'il est possible d'intégrer à l'intérieur d'un même AME plusieurs capteurs de natures différentes, par ex. les capteurs 54 et 58, alors que cela serait plus difficile à mettre en oeuvre industriellement si chacun 35 de ces capteurs devait être inséré séparément dans l'assemblage 6. En outre, il est préférable de former la piste 40 sur la couche de renfort 26 plutôt que directement sur la membrane 20 car cette dernière est fragile et risquerait d'être endommagée par les étapes de formation de la piste 40. En outre, la formation de la piste 40 sur le renfort peut être facilement réalisée 40 selon un procédé classique de fabrication de circuits imprimés.

3037444 9 Le prolongement 54 permet de placer le capteur au plus près du coeur de l'assemblage 6 et ainsi mesurer certaines grandeurs physiques, avec une précision bien plus accrue que dans le cas où on mesure ces grandeurs au moyen de capteurs placés en périphérie de la membrane.

5 Un avantage supplémentaire de ce mode de réalisation est que, une fois que la couche 26' a été solidarisée avec la membrane 20, la tenue mécanique de la membrane est renforcée, grâce au prolongement 54. En effet, la membrane 20 est typiquement fragile et peut être endommagée de façon irrémédiable lors de sa manipulation pendant les étapes de fabrication de 10 l'assemblage 6. L'ensemble formé par la membrane 20 et le renfort 26 solidarisées entre elles peut ainsi être manipulé avec moins de risques d'endommagement, ce qui facilite la mise en forme de l'assemblage 6. La figure 4 illustre un exemple d'un procédé de fabrication de 15 l'assemblage 6. Lors d'une étape 70, la couche 26' est fournie et présente notamment l'évidement 28 et le prolongement 54. Ces derniers ont par exemple été préalablement réalisés en découpant une feuille de Kapton pour obtenir la couche 26.

20 Ensuite, lors d'une étape 72, la piste 40 est formée sur la face 32 de la couche 26', par exemple par dépôt d'une encre contenant un matériau électriquement conducteur. Avantageusement, lors de cette étape, les capteurs 56 et 58 sont également formés sur cette même face 32. Puis, lors d'une étape 74, la membrane 20 est posée sur la couche 26', 25 en regard de l'évidement 28, sur la face 31 de la couche 26. La couche 26" est ensuite superposée sur la membrane 20. Les couches 20, 26' et 26" sont solidarisées entre elles. Cette solidarisation comporte par exemple la mise en contact de la face 31 du renfort 26 avec la membrane 20, pour qu'elles soient jointes l'une à l'autre 30 par adhésion, par exemple au moyen d'une étape de pressage à chaud, ou laminage. Par exemple, les couches 26', 20 et 26" sont mises en contact direct et sont portées à une température supérieure ou égale à 120°C ou à 130°C et maintenues en contact par application d'une pression mécanique, exercée perpendiculairement à ces couches et supérieure ou égale à 1MPa.

35 Ensuite, lors d'une étape 76, la cathode 22 est solidarisée avec la face 32 du renfort 26 du côté de la piste 40, de manière à ce que la cathode 22 recouvre une partie du renfort du côté du bord 30 et la portion de la membrane qui est accessible au travers de l'évidement 28. De la même façon, l'anode 24 est solidarisée avec la face 34 du renfort 26 et recouvre la membrane 20. Par 40 exemple, la cathode 22, l'anode 24, la membrane 20 et le renfort 6 sont solidarisés de la même manière que pour les couches 20, 26' et 26".

3037444 10 L'AME ainsi réalisée pourra ensuite être utilisée pour réaliser de façon classique une pile à combustible. La figure 5 représente une couche de renfort 100 apte à remplacer la couche 26'. La couche 100 est identique à la couche 26' sauf que le 5 prolongement 54 est omis. Dans ce cas, la bande 50 délimite un évidement 28 de forme essentiellement rectangulaire. Le capteur 58 est alors omis. Les deux extrémités de la piste 40 sont raccordées à une même borne 42. La figure 6 représente un autre exemple de couche de renfort 110, 10 identique aux couches 26' ou 100 sauf qu'elle comporte une pluralité de prolongements analogues au prolongement 54 mais de plus petites tailles. Ici, la couche 110 comporte quatre tels prolongements 112, 114, 116 et 118 qui sont par exemple identiques au prolongement 54. Un capteur 58 est par exemple disposé en extrémité de chacun des prolongements 112, 114, 116 et 118. Dans 15 cet exemple, des pistes similaires aux pistes 60, 62 relient chacun de ces capteurs 58 aux bornes 42, de façon analogue à ce qui a été décrit en référence au prolongement 54. Ces pistes s'étendent, du côté de la face 32, respectivement depuis chacun des prolongements 112, 114, 116 et 118 jusque sur le bord 50, puis jusqu'à l'interface 44.

20 En variante, on utilise avantageusement une ou plusieurs de ces pistes électriquement conductrices comme résistance électrique dont le rôle est de chauffer la membrane 20, par effet Joule, en faisant circuler dans cette piste un courant électrique. De préférence, la piste recouvre au moins partiellement un 25 prolongement d'une couche de renfort dans une partie centrale de la première face de la membrane 20. Les figures 7 et 8 représentent des exemples de couches de renfort aptes à remplacer les couches 26', 100 ou 110 et comportant de telles pistes. Sur la figure 7, une couche de renfort 120 comporte un prolongement 122 30 qui s'étend selon un motif en zigzag entre des parties opposées 50a, 50b de la bande 50 et en recouvrant au moins partiellement la zone 52. Une piste électriquement conductrice 124 est ménagée sur ce prolongement 122 et sur au moins une partie de la bande 50, en formant une boucle de sorte que ses deux extrémités opposées soient chacune reliées à une borne 42a, 42b sur l'interface 35 44. Un courant électrique peut alors être injecté en appliquant une tension électrique entre ces deux bornes 42a et 42b. La piste 142 est par exemple réalisée dans un alliage Nickel/Chrome (Ni 80%/Cr 20%) et présente une longueur totale de 600mm, une largeur de lmm et une épaisseur de 50pm. Elle présente une résistivité de 108 A.cm. La puissance dissipée est égale à 1,2W 40 sous une tension d'alimentation de 4V. Ici, la piste 124 s'étend sur toute la longueur du prolongement 122.

3037444 11 La superficie du prolongement 122 est avantageusement inférieure à 5% ou mieux inférieure à 3% de la superficie de la membrane 20. Ainsi, on évite de perdre de la surface utile de la membrane 20. En effet, les portions de la membrane 20 qui sont en contact avec le prolongement 122 ne sont pas en 5 contact avec l'électrode 22 après assemblage. Elles ne sont donc pas utilisables pour permettre l'échange de protons lorsque le réacteur 2 est en fonctionnement, ce qui réduit les performances du réacteur 2 pour un encombrement donné. Typiquement, le chauffage de la membrane 20 est utilisé pour permettre 10 un fonctionnement du réacteur 2 lorsqu'il est sujet à des faibles températures (par exemple dans un véhicule automobile en hiver). Ici, la piste 124 permet de dissiper sous forme thermique une puissance instantanée de l'ordre de 100 à 200 W/m2, soit 1 à 2W pour une surface de 100cm2. Sur la figure 8, une couche de renfort 130 comporte des prolongements 15 132, 134 rectilignes qui s'étendent chacun entre deux bords opposés de la bande 50 et qui se croisent dans la zone 52 de manière à former un motif en « X ». Une piste 136 électriquement conductrice, par exemple identique à la piste 124, s'étend sur les prolongements 132 et 134 et sur au moins une partie de la bande 50. Les extrémités de la piste 136 sont raccordées électriquement à 20 deux bornes 42a, 42b permettant l'application d'une tension électrique. D'autres formes des prolongements 122 et 132, 134 sont bien entendu possibles. Ainsi, il est possible de réchauffer l'assemblage 6 au plus près de la membrane 20, sans avoir besoin d'insérer manuellement des fils conducteurs 25 dédiés au chauffage. De nombreux autres modes de réalisation sont possibles. En particulier, les différents modes de réalisation décrits peuvent être combinés entre eux. Les couches 26' et 26" peuvent être réalisées différemment. Par 30 exemple, il s'agit d'un film en silicone ou en polyétheréthercétone (PEEK). En variante, la couche 26" est omise et le renfort comprend alors une unique couche 26'. L'anode 24 est alors collée directement sur la seconde face de la membrane 20, la périphérie recouvrant la partie de la couche 26' qui s'étend au-delà de la membrane. L'étape 76 est alors adaptée en conséquence.

35 Les pistes peuvent être réalisées dans un matériau différent. La piste 40 peut être placée différemment. Par exemple, elle est déposée sur la face 31 de la couche 26'. Ainsi, elle est en contact direct avec la membrane 20. En variante, une piste 40 est déposée sur chaque face de la couche 26'. Avantageusement, les bornes 42 associées à chacune de ces 40 pistes sont ménagées sur chacune des faces respectives de l'interface 44.

3037444 12 La piste 40 peut être formée sur la couche 26", sur la face 33 ou 34. Ce qui a été décrit en référence à la couche 26' s'applique alors à la couche 26". L'interface 44 peut être réalisée différemment. Par exemple, la languette ne s'étend pas en saillie dans un même plan mais perpendiculairement à la 5 couche 26. L'interface 44 peut également présenter une forme autre qu'une languette. Le prolongement 50 peut présenter une forme différente. Il peut également être omis. Lorsque plusieurs tels prolongements sont présents, ils peuvent présenter des dimensions et/ou des formes différentes les unes des 10 autres. Les capteurs 56 peuvent être différents. Ils peuvent être complètement omis. En variante, le capteur 58 de température est un thermocouple, formé de façon connue par la jonction entre deux matériaux métalliques différents. Par 15 exemple, en alliages Chromel et en Alumel. La jonction entre ces deux pistes 60 et 62 forme le thermocouple 58. Dans ce cas, les pistes 60 et 62 peuvent être réalisées dans des matériaux métalliques de natures différentes, par exemple en alliages Chromel et en Alumel. C'est la jonction entre ces deux pistes 60 et 62 qui forme alors ce thermocouple et donc le capteur 58.

20 D'autres types de capteurs peuvent être utilisés. Par exemple, le capteur 58 est une jauge de contrainte mécanique. En variante, le capteur 58 est un capteur de pression ou un capteur d'humidité, par exemple de type MEMS (« micro electro mechanical system »). Ce capteur d'humidité est avantageusement placé en regard d'un orifice d'alimentation en carburant.

25 D'autres types de capteurs ou actionneurs actifs peuvent être utilisés. De tels capteurs actifs peuvent être alimentés par l'intermédiaire de pistes conductrices placés sur le renfort. En outre, la commande et/ou la collecte des mesures des actionneurs/capteurs peut être réalisée par l'intermédiaire d'une ou plusieurs pistes conductrices placées sur le renfort 26, ces pistes pouvant 30 éventuellement être également des pistes d'alimentation. Différents types de capteurs 58 peuvent être présents sur une même couche 26' ou 110. Le nombre de prolongements de la couche 110 peut être différent. Tous ne comportent pas forcément un même capteur. Par exemple, les différents 35 prolongements peuvent comporter des capteurs de nature différente ou une piste chauffante. La piste 124 peut présenter une forme et/ou des dimensions différentes. Par exemple, elle ne s'étend pas de façon rectiligne sur le prolongement 124, mais dessine au contraire un tracé ondulé dans le plan du prolongement 122, 40 dans le but de maximiser la longueur de piste 124. On augmente ainsi la 3037444 13 puissance électrique dissipée par chauffage par unité de surface. Il en va de même pour la piste 134 en référence à la couche 130. La solidarisation de la membrane 20 et des couches 26' et 26" peut être réalisée différemment. Par exemple, on utilise plusieurs opérations distinctes de 5 pressage à chaud. Alternativement, la solidarisation des couches peut être réalisée au moyen d'une colle. Les étapes 74 et/ou 76 sont alors modifiées en conséquence.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Assemblage membrane/électrodes (6) pour un réacteur électrochimique (4), caractérisé en ce qu'il comporte : - une membrane (20) échangeuse de protons ; - un renfort (26) comportant au moins une couche de renfort (26'), ce renfort comportant : - une partie centrale évidée (28) ; - une interface de connexion (44) ménagée sur une périphérie externe de la couche de renfort, au moins une borne de connexion (42) étant solidaire de cette interface; - au moins une piste électriquement conductrice (40), solidaire d'une face d'une couche de renfort et électriquement raccordée à une borne de connexion ; - une première électrode (22), solidaire d'une face de la couche de renfort et de la membrane.
2. 2. Assemblage selon la revendication 1, dans lequel ladite piste électriquement conductrice (40) est disposée entre la couche de renfort (26') et la première électrode.
3. 3. Assemblage selon la revendication 1, dans lequel la couche de renfort comporte une bande périphérique (50) de largeur continue qui entoure ladite partie centrale évidée (52) et un prolongement (54) qui s'étend continûment depuis cette bande jusqu'à l'intérieur de la partie centrale évidée, ladite piste (40, 60) étant au moins en partie formée sur ce prolongement.
4. 4. Assemblage selon la revendication 3, dans lequel ladite piste électriquement conductrice (124) s'étend sur le prolongement (122) de la couche de renfort (120), en recouvrant au moins partiellement une partie centrale de la première face de la membrane, cette piste formant une résistance apte à chauffer la membrane lorsqu'elle est parcourue par un courant électrique.
5. 5. Assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant en outre : au moins un capteur (58) apte à mesurer une grandeur physique, chaque capteur étant raccordé électriquement à au moins une borne de connexion par au moins une piste électriquement conductrice. 3037444 15
6. 6. Assemblage selon la revendication 5, dans lequel le capteur (56, 58) est un capteur de température de type thermocouple formé par la jonction de deux pistes conductrices de matériaux métalliques différents 5
7. 7. Assemblage selon la revendication 5, comprenant plusieurs plots conducteurs (56) non isolés solidaires du renfort et en contact avec la première électrode.
8. 8. Procédé de fabrication d'un assemblage membrane/électrodes (6) pour un réacteur électrochimique (2), caractérisé en ce qu'il comprend des étapes de: 10 - fourniture (70) d'une membrane échangeuse de protons (20) et d'une première électrode (22) - fourniture d'une couche de renfort (26'), la couche de renfort comportant une partie centrale évidée (28) et comprenant une piste électriquement conductrice (40, 60) solidaire d'une de ses faces, ladite piste s'étendant jusqu'à au moins 15 une borne de connexion (42) d'une interface de connexion ménagée sur une périphérie externe de la couche de renfort ; - solidarisation (74) de la couche de renfort et de ladite membrane.
9. 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel la solidarisation de la membrane 20 avec la couche de renfort comporte une étape de lamination.
10. 10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, comprenant une étape préalable de formation de la piste électriquement conductrice par dépôt d'une encre électriquement conductrice sur une face de ladite couche de renfort. 25